微细电火花加工通过极间放电产生的瞬时高温进行材料蚀除。加工过程中,由于电极与工件之间宏观作用力微弱,因此电极的微细程度可以大幅提升。同时由于不受材料硬度、强度和脆性等物理属性的限制,其对合金材料、复合材料和半导体材料等众多难加工材料仍表现出良好的加工性能。凭借这些技术优势,微细电火花加工技术在军用和民用制造领域发挥着重要的作用。然而,微细电火花加工中存在加工效率低、电极损耗大以及加工质量难以控制等问题,而这些问题与目前所采用的旋转电极加工方式有着一定的关系。通过查阅大量文献,本文提出一种超声平动电极微细电火花加工新方法,并进行了超声平动电极驱动装置的研制。在此基础上,通过仿真和试验相结合的方法,对超声平动电极微细电火花加工特性进行了深入的研究。本文研究工作对于提高微细电火花加工性能和拓展其应用领域具有重要的理论和实际意义。首先,本文基于压电陶瓷逆压电效应设计了双夹心换能器式超声平动电极驱动装置。针对工作模态频率一致性和抗干扰性两方面的设计要求,采用中心复合设计和响应面法建立了设计指标与关键尺寸变量之间的数学模型,并通过遗传算法实现了驱动装置结构尺寸的优化。采用有限元仿真方法对驱动装置进行了动力学特性分析,结果表明所设计驱动装置的对称模态和反对称模态固有频率非常接近,且能够有效避免干扰模态的影响。同时,驱动装置工作频带在500Hz以上,而且在电极夹持位置能够输出较好的圆周轨迹。通过阻抗分析仪和激光位移传感器对驱动装置进行了谐振频率和振幅特性测试,在此基础上完成了超声平动电极微细电火花加工试验平台的搭建。建立了含有放电屑颗粒的超声平动电极微孔加工间隙流场仿真模型,研究了工作液流场分布和放电屑颗粒运动情况。仿真结果表明:超声平动电极条件下底面和侧面间隙流场分布较旋转电极差异较大,工作液流速远大于旋转电极,而且放电屑颗粒从间隙排出孔外的数量和效率得到了很大的提高。通过有限-连续脉冲放电试验,分析了超声平动电极对极间放电稳定性的影响,发现在相同的优化参数组合下,超声平动电极较旋转电极在火花放电个数和放电凹坑分布均匀度方面分别提高了9.4%和18.4%。大深径比微孔加工实验结果表明超声平动电极能够降低短路回退频率和缩短加工时间,而且在减少放电屑粘附和孔壁烧蚀方面具有明显的作用。另外,在相同试验参数下,超声平动电极条件下微型腔铣削加工时间较旋转电极缩短了20%以上。通过建立的超声平动电极表面移动热源模型,研究了电极表面放电点附近温度场分布。解释了超声平动电极能够产生较低表面温度和较小熔融区、热影响区深度的原因,同时分析了加工参数对放电点温度场分布的影响规律。通过单脉冲放电试验分析了阴极表面放电凹坑的滑动情况,发现旋转电极条件下放电凹坑大致呈圆形,而超声平动电极条件下放电凹坑在某一方向上明显被拉长,其放电凹坑最大深度平均值较前者减小了24%。通过阵列微孔加工试验,发现超声平动电极轴向损耗长度和“锥化”区长度与加工微孔个数分别成二次函数和指数函数关系,与旋转电极损耗规律类似。另外,通过分层铣削加工试验发现超声平动电极损耗率受电极尺寸的影响较小,与仿真结果一致。从间隙放电特性的角度研究了电极超声平动对加工表面粗糙度和残余应力的影响机制。试验结果表明:在相同放电能量下,超声平动电极加工时表面粗糙度较小,这与该条件下较均匀单脉冲放电能量和较大的底面放电间隙有直接关系。而且由于极间冷却效果和放电位置均匀性的改善,超声平动电极加工表面残余应力小于旋转电极。建立了微槽铣削加工蚀除深度系数与放电能量、电极直径、扫描速度和铣削距离之间的数学模型,并通过方差分析研究了各因素对蚀除深度系数的影响规律。阵列微结构加工实验结果表明:超声平动电极加工的阵列微孔入口和出口形状精度较好,且直径一致性精度较旋转电极分别提高22.0%和2.8%。另外,超声振动作用能够减少粘性工作液中放电屑的堆积和由此引起的二次放电,有利于提高微表面织构的尺寸一致性。