金属外圆表面超声振动光整加工是在传统的精车、挤压、滚压等加工方式基础上,将超声波振动施加在工具上,从而使工具产生周期性振动的一种加工技术,是将传统切削、滚压、挤压技术和超声波技术相结合的一种新型加工方法。超声波发生器、换能器、变幅杆、光整刀具等部件参数是决定光整加工性能的关键因素,加工工艺参数是决定超声振动光整效果的关键指标。因此研究声振系统各部件结构设计和超声光整加工工艺参数的优化组合具有重要意义。本文重点研究了超声振动精车和滚压加工机理,并进行了较为全面的分析,对比了普通精车与振动精车,滚压与振动滚压的异同,建立了金属外圆表面超声振动光整加工的动力学模型,分析了超声振动光整加工的特点、切削刃和滚轮的运动机理,从理论上揭示了超声振动光整加工能够有效提高金属外圆表面加工精度和表面质量的原因。根据超声振动光整加工机理,分别设计了适用于本课题的声振系统和光整刀具。并在CA6140机床上,利用自制的声振系统和光整刀具,研究了主轴转速、进给量、滚压次数等工艺参数对金属外圆表面光整加工效果的影响。研究结果表明,本文所设计的超声振动光整加工系统满足实验需求。通过对比发现,附加超声振动的精车效果比未附加超声振动的精车效果好。超声振动精车时,对工件表面加工质量影响最大的因素是转速,其次是进给量和原始表面粗糙度。在转速为500~900r/min,进给量为0.054~0.12mm/r,切削深度为0.2~0.3mm范围内,最佳工艺参数组合是转速900r/min,进给量0.120mm/r,切削深度为0.25mm,此时表面粗糙度由1.495μm降低到0.230μm;研究结果还表明,附加超声振动的滚压效果优于未附加超声振动的滚压效果,超声振动滚压加工时,在滚压力为0~500N,滚压次数为1~15次范围内时,表面粗糙度都呈先减小后增大趋势,且表面粗糙度都存极小值,最优值分别为滚压力300N,滚压次数为5次。在主轴转速为500~900r/min,轴向进给量10~50mm/min范围内时,表面粗糙度随主轴转速增大而减小,随进给量增大而增大。