超声数控加工技术是加工各类高精度平面、曲面和复杂形状等工件的有效手段，在光学元件加工领域有着尤为重要的地位。本文通过对超声数控机床刀具振动特性的测量和研究，挑选出最佳工作频率，对提高超声数控加工光学元件的表面质量、提高机床能量利用率和减小元件的报废率有重要作用。自混合干涉系统具有结构简单紧凑、光束易准直、非接触、高精度、低成本的特点，本文在总结现有超声数控机床刀具振动测量的几种常用方法及其特点的基础上，研究基于自混合干涉测量技术的刀具振动测量方法，具有重要的现实意义和广泛的应用前景。本文从Lang-Kobayashi速率方程和三镜F-P腔模型出发，建立起自混合干涉的数学模型，并阐述了条纹计数法和振动信号重构测量法的原理及其特点。为定量研究自混合干涉现象并实现对微小振动的测量，以压电陶瓷镜为振源，建立实验系统，测量并得到了4kHz以下频率段压电陶瓷镜随频率的电致伸缩率变化曲线及其在此频率范围内的三个谐振点，同时对压电陶瓷镜响应时间进行了测量。文中详细分析了实验中出现的光反馈强度参数随压电陶瓷镜振动频率变化而变化的现象，证明了激光器线宽展宽因子随着外部调制改变是导致光反馈强度参数变化的原因。针对某型超声数控机床刀具的实际情况，搭建了刀具振动自混合干涉测量实验系统，得到了刀具振动输出自混合干涉信号，其频率与超声驱动频率一致。分析表明，刀具振动呈正弦振动形式。利用振动信号重构法得到了刀具振动图，通过测量三种刀具各超声驱动频率下的振动振幅，分别得到了刀具振动振幅与驱动频率之间的关系曲线及其谐振频率，最后，对实验中的误差因素进行了分析。实验结果表明，尽管使用相同的耦合线圈对三种刀具进行驱动，但它们具有不同的谐振特性。实验结果对选择刀具工作频率具有较好的指导性。