碳纤维增强树脂基复合材料（Carbon fiber reinforced polymer,CFRP）具有抗疲劳强度高、减振性能好、比强度高、密度小的优点被广泛应用于航空航天、汽车、船舶等领域。在飞机装配领域当中,CFRP构件在与其他零件联接时需要事先加工出大量的装配孔,为提高装配效率,装配孔通常采用手动钻削的加工方式来进行钻孔加工。然而CFRP材料作为一种典型的难加工材料,采用传统的气动工具加工CFRP材料容易出现纤维撕裂、分层、毛刺等损伤。为此本文设计了一种手持式超声振动钻孔装置,通过这种加工装置来减小CFRP材料在手动钻削时产生的损伤。本文根据变截面杆纵向振动理论,以34k Hz为超声振子的工作频率,设计出一种可以和手持式气钻相匹配的超声振子,该超声振子由换能器、变幅杆以及刀具等部分组成。利用仿真软件PZFlex对超声振子进行频率分析,基于频率分析结果加工出超声振子实物,利用频率特性分析仪对实物进行频率测试,测得超声振子的实际谐振频率为34.3k Hz。并利用多普勒激光测振仪测得超声振子在150V激励电压下的振幅为5.02μm,装配在手持式气钻上的超声振幅为3.12μm,测量结果表明所设计的超声振动加工装置的振幅可以满足实验加工要求。本文搭建了CFRP材料超声振动钻削试验系统,根据超声振动钻削方式的加工原理,对CFRP材料进行了超声振动钻削试验研究,试验加工方式分为自动钻削和手动钻削加工方式,并利用数据采集设备采集钻削过程中的切削力、切削温度以及手部位移情况的数据。试验结果表明,在自动钻削加工方式中,采用超声辅助加工工艺后切削力降幅为35.3%,钻削温度降幅为15.5%;在手动钻削加工方式中,采用超声辅助加工工艺后切削力降幅为23.6%,钻削温度降幅为15.9%;并利用扫描电子显微镜对孔出入口处的表面形貌进行观测,发现超声辅助加工工艺下孔的加工质量较好,孔的出入口出现的毛刺和剥离缺陷较少,孔的内壁的纤维断面整齐,没有出现微裂纹、层间分离等缺陷。并且在手动钻削加工方式中,采用超声辅助加工工艺后能够降低钻削时手部的位移情况,有效的提高CFRP材料的制孔尺寸精度。本文研制了一种手持式超声振动钻孔装置,该装置能够有效的提高CFRP材料手动钻削加工的制孔质量,为超声振动加工装置轻量化的应用提供了一定的参考价值。