水电机组的关键部件——水轮机,是实现水能至机械能转换的重要水力机械装备。因工作环境恶劣,其涡轮叶片常被腐蚀、冲蚀、空蚀、杂质冲击断裂破坏,降低了工作稳定性和效率,缩短工作寿命。选用高比强度、耐磨、耐高温、耐疲劳等优异性能的难加工材料,可减少叶片装备的故障发生率、降低维护费用、节约资源。但是,难加工材料给涡轮叶片制造工艺带来了较大困难,加工效率低、加工质量差、加工成本高等问题制约了水力机械装备的技术升级,同时对加工技术提出了更高的要求,而超声振动辅助加工是难加工材料制造中应用较广的加工方法。本文针对水力机械制造领域常见的涡轮叶片型面,提出二维旋转超声辅助磨削-电解-放电展成加工的工艺方法（以下简称“2UG-E-DM加工”）,并开展了加工机理及试验研究。具体研究工作与结论如下:（1）提出了基于振角旋转补偿、使工件振动方向与展成小平面切向平行的2UG-E-DM加工方法。构建了 2UG-E-DM加工系统,完成了轴向旋转超声振动系统、切向超声振动随动系统等主要部件的研制,包括轴向旋转超声振动刀柄、电解-放电引电装置、切向超声振动系统、切向旋转平台等;建立了加工过程参数的在线测控系统,包括工件振幅和切向位移、磨削力、电参数的检测和数据采集,以及超声和电解-放电加工电源、C轴转动的控制方法及装置。（2）从单振动周期和三个加工面的角度研究了 2UG-E-DM加工的材料去除机理,基于电解-放电展成加工间隙与单磨粒等效切屑,建立了材料去除率数学模型,通过对比试验和单因素试验揭示了加工方法和加工参数对材料去除机制的影响规律。结果表明,2UG-E-DM加工硬脆SiCp/Al复合材料时以塑性磨削和电解去除为主、放电去除为辅,工件表面更平整均匀;小间隙时极间电流随工件振动而周期性变化,而大间隙时几乎无变化,且工件振动对放电频率的影响大于工具振动;材料去除率随着主轴转速、工具进给速度、电压、工具和工件振幅的增加而增大,但是当主轴转速大于4000rpm后,材料去除率增加并不明显。（3）在材料去除机制研究的基础上,建立了基于平均磨削力和等效平均电流的2UG-E-DM加工能量模型以及多能场能量关系,并研究了加工参数对2UG-E-DM加工中能量比和比能量的影响,得出协调不同形式能量降低比能量值的工艺路线。结果表明,二维旋转超声降低了平均磨削力、减小了磨削展成加工能量,增大了等效平均电流,进而电解-放电展成加工能量随之增大,比能量却显著降低。协调复合加工中展成加工能量的工艺路线为:增大主轴转速、电压、工件和工具的振幅,且工件振动对能量协调的作用更大,但是高于4000rpm的主轴转速、大于5 V的电压都不利于比能量的减小;协调复合加工中展成加工能量的工艺路线为:提高工具的进给速度,但高于60 mm/min时对减小比能量的作用有限。（4）从材料去除机制和表面创成的关系,揭示了 2UG-E-DM加工的表面形貌和边缘损伤生成特性,建立了表面和边缘粗糙度理论模型,提出了表面质量的评价参数。研究表明,增大工具和工件振幅、减小进给速度时,碾压覆盖率较大,有利于降低表面和边缘粗糙度;主轴转速增至3000 rpm时对表面粗糙度影响有限,而边缘粗糙度急剧变大;电压在4 V左右、碾压覆盖率大于2时,可发挥超声振动的碾压、熨平作用以及电解-放电的整平作用,表面质量最佳。（5）通过不同振角误差下单磨粒磨削仿真分析及试验对比,得到了振角误差对加工机理的影响规律。通过正交试验分析揭示了 2UG-E-DM加工中的主要影响因素为工件振幅和进给速度。建立多目标优化模型并获得了最优加工参数组合:主轴转速4015 rpm、电压5V、工具进给速度10 mm/min、工件和工具振幅均为5μm。在研制的二维旋转超声辅助磨削-电解-放电展成加工系统上完成了不同翼型难加工材料直纹面叶片的加工实例,叶身最大厚度处的法向间隙均小于0.02mm,表面和边缘粗糙度分别小于3.3 μm和4.0 μm,比能量不超过120 J/mm3,基本实现了高效、高质的加工目标。