超声加工技术(USM)在特种加工领域起着关键作用,解决了诸多特殊工艺难题。超声振动系统是功率超声加工设备的核心,其理论研究主要有解析法、等效电路法、有限元法等方法,而利用计算机软件对超声振动系统进行建模与仿真分析的研究较少。计算机仿真技术是利用计算机软件对实物模型进行动态分析的一门技术,输入仿真参数值会有相应的运行结果。因此,超声振动系统的仿真研究在理论分析的基础上,可在设计阶段预测系统的工作性能,并通过修改参数实现结构优化。介绍了旋转超声加工的工作机理和超声振动系统的结构组成,引入超声振动系统建模与仿真的设计理论。利用解析法推导变截面细长杆作一维纵振的振动方程,得到振速与应力分布函数式以及杆件的四端网络传输矩阵参数值,然后依据四端网络法求解系统的传输矩阵,对空载工况下超声振动系统端面所受的作用力进行分析,为后面章节的建模与仿真研究奠定理论研究基础。超声振动系统在MATLAB/Simulink环境下的数字建模与仿真是本文的重点。根据牛顿定律将超声振动系统抽象为一个由质量、刚度和阻尼三个参数来描述的动力学模型,然后在Simulink模块下创建状态空间仿真模型,实现超声振动系统的数字仿真。利用有限元分析软件ANSYS,对超声振动系统进行模态分析与谐响应分析,验证MATLAB/Simulink仿真的准确性。超声振动系统中的刚度、阻尼和负载等性能参数的数值变化会影响工具杆末端输出振幅的大小。在MATLAB/Simulink模块中修改输入系统的参数值,可分析超声振动系统的性能参数特性。然后将超声振动系统安装于“海特XK7132”数控铣床上,通过实验加工来研究激励功率、发生器输出频率、加工负载等因素对输出振幅的影响。将实验结果与MATLAB仿真结果进行比较与分析,证明MATLAB/Simulink仿真研究具有可行性。