三维椭圆振动辅助切削（EVAC）是一种十分有发展潜力的加工方法，不仅在改善切削加工性等方面获得了验证、而且可形成微加工运动创成表面，受到了国内外的学术界和工程界的高度关注。三维EVAC能否在加工中实现最佳的性能，其关键还在于三维EVAC装置及其控制。迄今为止，前人的研究在三维EVAC装置及其控制等方面还存在着一些问题有待研究解决，例如三维EVAC装置的设计、三维椭圆运动轨迹的可控制性、以及三维椭圆运动对驱动的非线性等问题。本学位论文将主要针对这几个方面的问题进行深入研究。论文详细评述了三维EVAC装置及其控制方法的国内外研究现状。在此基础上，系统研究了三维EVAC装置的设计，三维EVAC装置的辨识方法、三维EVAC装置的控制方法，通过离线实验测试、在线切削加工实验，理论分析以及仿真进行了考证，具体包括如下五个方面。（1）研制了一种基于柔性铰链的并联驱动三维EVAC装置针对当前已有的三维椭圆振动辅助切削装置存在的问题，研制了一种能够满足要求的三维EVAC装置，该装置采用四个压电叠堆平行驱动，两两对称，装置刀座与柔性铰链采用一体式加工，减小了由于装配造成的误差，在装置的底座上增加了楔形块式高度微调设计，根据三维EVAC装置中压电叠堆的空间运动配置，所研制的装置可以实现普通车削、二维椭圆振动辅助车削和三维椭圆振动辅助切削，本文对装置的柔性铰链刚度进行了计算、关键部件进行有限元分析，然后对装置简化模型进行刀位点轨迹建模，并通过仿真分析研究了三维椭圆运动参数对于三维椭圆轨迹的影响，通过调整椭圆生成参数使其能够满足三维椭圆运动轨迹的要求。（2）对所研制的三维EVAC装置进行了相关性能测试针对所研制的三维EVAC装置进行了性能测试，测试的内容主要包括静刚度测试、固有频率测试、阶跃响应和正弦响应测试、分辨率测试和最大行程测试、串扰测试。装置的静刚度测试结果与设计值和仿真结果接近；固有频率测试的结果与仿真值差别较小，满足本实验的使用要求；阶跃响应和正弦响应测试可以看出装置的响应速度和跟踪误差都满足设计要求；分辨率测试和最大行程测试可以看出所研制的三维EVAC装置分辨率为100nm以下，可以实现的最大行程为13.97μm；最后对各个压电叠堆驱动时产生的串扰情况进行测试。通过对三维EVAC装置的各项性能测试，对所设计三维EVAC装置的整体性能进一步熟悉，为后续控制研究打下基础。（3）提出了一种基于非线性Wiener系统的三维EVAC装置辨识方法对三维椭圆振动辅助切削系统进行了描述，针对压电驱动装置的特点和压电自身的非线性迟滞特性，本文的系统描述选择的是非线性Wiener系统，同时提出了有针对性的辨识策略，研究了系统的辨识方法，对memetic算法进行了改进，本文改进的memetic算法在全局搜索过程中能够避免出现局部受限问题，在局部细化过程中能够提高搜索效率和精度，通过两个常用的算法测试函数对本文改进memetic算法进行了测试，将测试结果与GA、CMA、PSO的测试结果进行对比，从全局收敛几率，搜索的时间上能够看出改进的memetic算法具有一定的优越性。采用基于改进memetic算法的系统辨识器对三维椭圆振动辅助切削系统进行了系统辨识，辨识的数据是实验采集的真实数据，辨识的信号有常用的正弦信号和方波信号，辨识的结果拟合度高达97.55%。（4）针对辨识的三维EVAC系统设计了一种模糊自适应滑模控制器针对三维椭圆振动辅助切削系统的非线性特征，对系统辨识结果采用模糊自适应滑模控制器来进行控制，设计了滑模控制律，并用Lyapunov定律证明了所设计控制器的稳定性，最后进行了控制器的仿真，仿真的结果显示，模糊自适应滑模控制器可以有效的抑制抖振问题，具有很强的鲁棒性。（5）搭建三维EVAC实验平台进行切削实验首先搭建了三维EVAC加工实验平台，通过参数设定后实际采集的数据，合成了加工使用的三维椭圆运动轨迹，验证了第二章中刀位点建模的理论的正确性；采用普通车削、二维椭圆振动辅助车削、三维椭圆振动辅助切削各加工同一类样件，然后对切削痕迹、表面粗糙度以及刀具磨损这三个方面进行检测，并进行了对比分析，结果表明三维椭圆振动辅助切削在提高表面粗糙度和减小刀具磨损方面具有优越性，同时也进一步验证了本文设计装置的加工性能。