随着航空航天工业的迅速发展,对钛合金材料的需求日益提高,传统的切削工艺已经难以实现钛合金高效高质加工。超声振动辅助加工是将超声波信号引入到普通加工中,通过将电信号转化为机械振动再传递给工件或刀具,使其实现断续切削的加工效果,从而减小加工过程中的切削力、切削温度,改善加工效率,提高加工质量。目前该技术在陶瓷等硬脆材料的加工中体现出独特优势,但在钛合金的铣削加工中应用较少。因此,本文以TC4钛合金为对象,开展了超声振动辅助铣削实验。分析了超声振动辅助作用和工艺参数对刀具磨损、铣削力以及表面完整性的影响规律。首先,设计了超声振动辅助铣削钛合金的刀具磨损实验,分析了铣削加工过程中刀具的磨损机理。通过对不同铣削时间下普通铣削和超声振动辅助铣削的刀具磨损形貌进行观察和分析,发现超声振动的辅助作用对加工过程中产生的刀具磨损有明显的改善效果,并且能够延长刀具使用寿命。同时对比了两种加工方式下的钛合金切屑形貌,发现超声振动辅助铣削下的切屑微小细碎且呈均匀弧状形态。其次,在不同的铣削参数下开展了超声振动辅助铣削钛合金的铣削力实验,分析随着铣削参数的变化,超声振动作用对铣削力的影响规律。实验结果表明,超声振动的辅助作用可降低钛合金铣削过程中的最大铣削力和平均铣削力,并且在一定范围内,超声电流越大,铣削力越小。两种加工方式下的铣削力都随主轴转速的增加而减小;随着进给速度及切削深度的增加而增大,但超声振动的辅助使得铣削力增幅较为缓慢。此外,在实验基础上建立了超声振动辅助铣削钛合金的铣削力指数预测模型,并对钛合金铣削加工参数进行了优化。结果表明,所建的指数模型预测精度以及稳定性均相对较高;优化后的铣削力明显减小,优化效果显著。最后,通过非接触式3D形貌仪测量了不同加工参数下钛合金的表面三维粗糙度。结果表明高频的振动冲击作用使得钛合金加工表面更加细微且均匀,主轴转速的增加有利于降低表面粗糙度,而切削深度对表面粗糙度影响较小。利用体视显微镜对两种加工方式在不同铣削深度下的棱边质量进行了分析。发现超声振动辅助铣削加工后的棱边质量与普通铣削相比明显有所改善,不仅毛刺的尺寸较小而且密集程度也远低于普通铣削;另外,随着铣削深度的增大两种加工方式下的边缘毛刺均有一定程度的增加。利用X射线衍射仪测量了不同超声电流下的钛合金表面残余应力。结果表明,超声振动辅助铣削表面形成的为残余压应力,高频的振动冲击有利于提升加工表面的残余压应力,并随着超声电流的增大呈现递增趋势。