旋转超声加工在硬脆材料等难加工材料的加工中有较高的应用价值。旋转超声加工装备中,非接触电磁耦合器克服了传统碳刷滑环式传能转速低、加工精度不高的问题,成为目前旋转超声加工装备的研究方向之一。目前,较为常见的非接触电磁耦合器的设计结构有上下环式、内外环式等,这些耦合器结构能够实现超声能量的高效率非接触传输,但由于结构设计的局限性,无法在加工中心进行自动换刀,导致加工效率大幅降低。因此,本文在浙江省重点研发计划项目“集成电路硅材旋转超声套料工艺与装备研发及应用”(编号:2019C01118)的资助下,提出了基于块环式结构的旋转超声非接触电磁耦合器,针对块环式非接触电磁耦合器开展了结构设计优化、耦合器电路补偿、以及在旋转超声加工中的相关实验等工作。研究成果对于旋转超声加工在加工中心的集成化应用具有指导意义。第1章,阐述了本论文研究的背景与意义,综述了当前国内外旋转超声加工能量传输方式、非接触电磁耦合器结构设计和匹配方法等相关问题的研究现状及发展趋势,提出了本论文的研究内容以及框架结构。第2章,提出了块环式旋转超声非接触电磁耦合器的设计方案,对非接触电磁耦合器的整体结构进行了设计,选取合适的线圈及磁芯材料,并基于该非接触电磁耦合器结构进行了集成化旋转超声加工刀柄的设计。第3章,以耦合系数k作为块环式非接触电磁耦合器耦合性能评价参数,对耦合器结构进行了有限元建模,并采用有限元仿真软件COMSOL进行耦合器结构的优化设计,进而提升了块环式非接触电磁耦合器的耦合性能,最后对优化后的耦合器结构进行了制造,测试耦合系数提升了45.3%,验证有限元优化分析方法的有效性。第4章,分析超声振子接触式和非接触式匹配方法的优势与存在的不足,提出了基于LC匹配的非接触式超声振子补偿方法,针对LC匹配补偿方法进行了补偿计算以及实验研究,研究结果表明采用LC匹配可以有效提升超声振动系统的功率输出能力。第5章,以优化结构后的块环式非接触电磁耦合器、LC匹配的补偿方法为基础,开展了旋转超声加工相关实验,进行了超声振子的负载力实验研究,并在此基础上制造了集成化的超声刀柄,搭建了旋转超声加工实验系统,并对石英玻璃进行旋转超声加工实验,实验验证了旋转超声加工对石英玻璃表面质量有改善作用。第6章,总结了论文主要研究内容,并对未来研究工作进行了展望。