新型复合材料作为一大类最具发展前景的材料,正在各领域获得越来越广泛的应用。但大部分先进复合材料及其在制备过程中的中间产物均属于难加工材料。超声振动辅助切削作为一种提高难加工材料加工性能的代表性技术,因能以其它形式向切削过程提供额外能量的特点,在特殊材料切削领域获得了广泛应用,并形成了一个重要的研究方向。本文立足于新型单激励纵-扭椭圆复合振动的基本原理,设计了一套超声精密铣削系统,研究新型变幅杆设计参数对振动性能的影响,探讨超声精密铣削工艺参数对难加工材料零件表面质量和结构性能的影响,旨在提高整套超声辅助铣削装置的应用性能,主要研究内容包括:（1）从超声复合振动变幅杆的工作原理出发,由波动理论推导了椭圆复合振动的数学模型;提出了一种新型并列式纵-扭椭圆复合振动变幅杆,从动力学理论出发分析其复合振动在末端质点处滞回叠加的效果;通过ANSYS软件进一步分析了其椭圆振动过程并拟合出其末端质点的运动轨迹;并制作了不同角度参数的变幅杆进行对比研究,通过对不同尺寸参数的新型变幅杆的实际测试比较,验证了所提出的新变幅杆构型及其模态转换理论的合理性。（2）由系统整体功能目标出发,充分考虑装置内部模块化、可拓展性、可升级性、可移植性和稳定性等要求,设计超声辅助铣削装置;通过对比分析、数值仿真和实际测试等方式对部分关键零部件的热学、力学性能和尺寸、精度稳定性进行了论述和优化改进设计,并完成整套工程样机的试制与调试。（3）搭建以自制超声纵-扭椭圆振动辅助铣削工程样机为核心的实验平台,通过实验研究该样机在精密铣削Al2O3工程陶瓷时相关工艺参数对铣削加工效果的影响。主要研究了纵-扭椭圆振动条件下铣削速度、纵振幅和铣刀前角度三个参数对氧化铝陶瓷试件表面质量和综合性能的影响,重点探索超声辅助切削加工过程中专用刀具的变化和发展趋势。（4）在实验结果分析的基础上进一步研究各项工艺参数与加工质量的关联性,建立了纵-扭超声辅助铣削氧化铝陶瓷各参数下表面完整性和试件力学性能的预测模型和优化模型;并根据优化结果进行了验证实验,获得了内螺纹表面加工质量较好的试样,测得其Ra表征值为0.78μm,并测试其综合力学性能。本文所进行的的设计、论证、实验研究和实验分析对超声复合振动精密钻、铣削装备的设计与改进工作具有一定参考价值;为超声铣削专用刀具的设计与应用提供了一定依据。