旋转超声加工是加工玻璃、陶瓷、石英、翡翠等硬脆材料的有效方法。传统超声加工虽然也可以加工以上硬脆材料,但其加工效率则明显不及旋转超声加工,而且加工复杂的图形或型腔需要借助模具的作用,所以其应用受到很大的限制。旋转超声加工可以直接加工复杂图形和三维型腔,具有良好的加工精度和表面质量,近年来其应用越来越广泛。本文以研究旋转超声加工机理为出发点,进行了旋转超声加工相关实验设备的设计、制造和不同参数下的加工能力实验,对旋转超声加工机理进行理论探讨,并通过有限元软件ANSYS/LS-DYNA对旋转超声加工机理进行有限元仿真分析。主要研究内容有:1.在研究旋转超声加工机理的过程中,分析概括了传统超声波加工和旋转超声波加工材料的去除机理及国内外研究现状,建立了旋转超声波加工材料去除率的数学模型。对于工件材料的裂纹产生及扩展,从压痕力学模型和能量角度方面进行了探讨。2.利用大型通用有限元软件ANSYS/LS-DYNA对旋转超声加工材料去除机理进行研究。对数值模拟中的材料模型选择、单元类型选择、接触算法与接触类型等做出了具体分析。根据试验条件建立了球形、楔形、立方体形、锥形及各磨粒组合的有限元模型,得出了传统和旋转超声加工中不同类型磨粒作用工件后的有限元结构变形,并逐个进行了应力分析和总结,直观研究了旋转超声的加工机理。3.根据需要我们设计出了具有较大振幅的阶梯型变幅杆。根据振动理论和有限元方法,利用大型有限元分析软件ANSYS对其进行模态和谐响应分析,并对阶梯型变幅杆的各种结构变化(大端圆柱面有否加工浅槽,小端有否连接工具,变幅杆小端是否加工孔,工具头是否为孔状结构等因素)对变幅杆谐振频率的影响进行了研究和总结。4.设计制造出旋转超声加工系统力的进给装置,完善了实验系统。通过实验分析了不同加工参数(进给力、旋转速度)对材料去除率的影响,并根据正交实验得出最优加工参数组合。对试件加工区形貌进行了分析,研究了加工中出现的崩边现象并提出来改善措施。