随着各种硬脆材料、碳纤维和合金材料的广泛应用,对机械制造加工业提出一系列迫切解决的新问题。旋转超声加工能适用于现代生产的需求,但其关键技术尚没有形成完善的设计理论。传统的旋转加工采用电刷供电,转速不高,维护工作量大;或采用无刷式旋转超声波加工头,存在能量传输效率低、传输能量小等问题。为解决以上问题,本文在查阅大量相关文献的基础上,分析旋转超声加工技术的现状和发展趋势,并对现有旋转超声加工机床的结构进行比较,揭示电刷供电方式的不足,提出旋转变压器供电的解决方案。在此基础上对超声加工系统的感应供电技术和频率跟踪的控制技术进行了深入系统的研究。主要研究内容如下：1.设计制作满足数控超声加工机床用的超声振子(换能器、变幅杆和工具头的统称)。对超声振子的阻抗特性、温度特性、多谐频率特性及装配技术进行研究。利用Ansys软件进行超声振子的模态分析和谐响应分析,实验结果与有限元仿真结果接近。2.研究感应供电技术,设计适合机床使用的旋转变压器；比较绞合线和铜箔绕制的旋转变压器的特点,建立旋转变压器的漏感模型和互感模型,给出旋转变压器的详细设计过程,并进行性能测试实验。3.研究带旋转变压器的超声电源的匹配技术,分析比较多种匹配方式,并利用Multisim软件进行仿真,比较串联电感匹配和电感-电容匹配的优缺点；研究负载大小对超声加工的影响,分析影响振子带载能力的因素。改进传统换能器的数学模型,增加能反映换能器负载特性的非线性变量,为换能器的设计和控制提供依据。4.分析比较自激和他激超声电源的特点,设计并制作出基于CD4046芯片的模拟锁相环的电源和基于ARM处理器的数字频率跟踪电源,进行扫频测试、功率调节测试和频率跟踪测试等试验。5.提出定时扫频,动态调节驱动频率,减小相位差的自适应控制方法,实现自动识别不同的换能器和工具头的功能。给出判定换能器最佳工作状况的方法,提出最大电流法和相位跟踪的复合频率跟踪算法。通过调节匹配电感或驱动频率,保证超声振子始终工作在谐振状态。6.基于振子动态响应过程的实验数据,建立以振子驱动频率为输入,振幅为输出的超声振子驱动系统哈默斯坦非线性模型,用粒子群算法辨识模型参数。设计超声振子非线性多步预测自校正控制策略,给出控制器参数的整定方法。结果表明所提控制策略的有效性。7.在本文研制的感应供电的五轴旋转超声加工机床上,进行玻璃、陶瓷等材料的超声钻孔、超声磨削试验,对比是否加超声作用的加工效果,并总结出相应的加工控制规律。综上所述,本文对旋转超声加工的若干关键技术进行了研究,感应供电的旋转超声加工电源具有频率跟踪性能,能自动识别不同的工具头,快速找到振子的谐振工作频率并进行频率跟踪。该感应供电的旋转超声加工装置既具有理论研究价值,也具有良好的应用前景。