旋转超声加工是一种将旋转运动与传统超声相复合的新型加工方法，对加工材料无导电性、硬度等性能要求，热物理作用小，能有效避免热损伤和微细裂纹等问题，对硬脆材料的高效加工有重要应用价值。但在制造业内，对旋转超声加工技术研究不够深入，旋转超声加工商品化设备很少见，本文以旋转超声加工装置设计、振动系统特性分析和相关试验作为研究内容。　　本文在分析超声振动系统的传统共振设计法和整体共振设计法的基础上，提出旋转超声加工振动系统的新设计方法。依据超声振动理论和机电等效理论，分析、比较压电陶瓷材料性能和应用条件，设计由两片PZT-8(发射型)压电陶瓷片叠加组成的压电换能器，选择阶梯与直杆组合变幅杆，并进行设计、计算，验证其合理性;初步设计旋转超声振动系统各部分结构尺寸;根据旋转超声加工试验要求，设计旋转超声振动系统在超声主轴中的安装固定方式;用碳刷式接电装置，解决主轴高速旋转条件下的压电换能器与超声电源连接问题;分析旋转超声加工的材料去除机理，讨论加工参数对材料去除率的影响。　　在ANSYS坐标系内实体建立压电换能器分析模型，通过压电耦合模块分析换能器的前端面输出振幅，将求解结果作用到变幅杆大端面进行动力学分析，求解端面输出振幅与理论计算值比较，验证设计目标的合理可行性;对超声振动系统整体进行动力学分析，从后处理中得到其位移极点、应力极大点和端面振幅等参数，将其与单独分析的结果相对比、分析;对带工具头的超声振动系统进行整体结构分析、优化，根据优化结果，改进旋转超声加工振动系统结构设计。　　进行旋转超声四轴联动展成加工装置结构设计，并拟定多轴联动控制方案。旋转超声装置可进行Z向进给运动，工作台可进行X、Y直线进给运动及水平面内的旋转进给运动(A);控制计算机通过PLC控制器，进行四轴联动的进给运动分配，通过伺服电机驱动及滚珠丝杠传动，实现四轴展成进给运动;论文进行了旋转超声加工装置的结构设计，通过分析、计算，选择各标准器件，完成旋转超声四轴联动展成加工系统的设计。　　对压电陶瓷、有机玻璃、玻璃钢、紫铜等四种材料，进行单一超声和旋转超声加工对比试验，分析旋转超声加工方式对加工过程稳定性及加工效率的影响，试验证明引入旋转运动可显著提高硬脆性材料的超声加工效率。　　论文对旋转超声振动系统的设计及相关试验研究进行了分析、总结，提出现有设计和试验中存在的问题及改善措施，对后续研究提出设想与展望。