超声车铣技术在加工微小复杂形状的硬脆材料零件中具有重要的作用。对于克服普通车铣的表面振纹、大惯量、低加工精度,实现微细超声扭转车铣,具有非常重要的意义。纵扭共振复合振动模式下的超声车铣不仅有助于提高空间利用率和降低成本,而且容易达到高速加工和高精度运动控制。对于声学系统大功率、小惯量纵扭共振的研究为超声多模式加工提供了理论基础。鉴于超声车铣的优越性,本文旨在开发一套适合超声波车铣机床的超声车铣装置。该系统为微小复杂形状的硬脆材料产品开发高效率、超精密加工的超声波车铣机床打下基础。本文主要的研究内容如下:第1章:从超声车铣的研究现状出发,详细介绍了车铣和超声加工的国内外研究现状。并对车铣的主要研究内容和车铣复合加工中心进行了阐述。介绍超声单一振动发展历史和成就的同时简述了复合模态超声振动的研究现状和应用领域。提出本文的主要研究内容和研究目的。第2章:结合现有的实验条件和要实现的目标,设计了一套超声车铣装置。超声车铣装置包括:超声波发生器、超声车铣声学系统、连接固定装置、高速轴承、驱动传动装置等。并对各装置之间的高要求配合做了一定的研究。第3章:重点研究了超声车铣的关键部件—圆环斜槽传振杆;并对圆环斜槽传振杆的传振原理,共振频率方程和具体30kHz圆环斜槽传振杆理论计算进行了阐述;同时对圆环斜槽传振杆的两种加工方法—电火花成型加工和电火花轨迹加工进行了概述,并对比了两种加工方法优缺点。第4章:基于对30kHz圆环斜槽传振杆理论计算的数据,对其三维建模;利用ANSYS有限元分析软对理论建模的圆环斜槽传振杆进行了有限元分析,对其纵扭转换和力学特性进行了仿真。同时用精密阻抗分析仪对超声车铣声学系统进行了测试,并把有限元分析结果和测试结果进行对比。第5章:对超声车铣进行运动学方面的分析。分析超声车铣运动学运动特性,给出了超声车铣下的切向速度表达式。并对正交超声车铣进行了运动分析和动态分析。为下一步超声车铣实验提供理论基础。