随着科学技术和工业生产的发展,对各种精密机械零件的加工精度和表面质量的要求越来越高,而利用传统切削加工方法,效率很低,难以保证高精度的技术要求,有的甚至无法加工,为此出现了超声振动切削技术,解决传统切削加工中固有的难题,从而获得了优良的切削效果。超声振子是超声振动切削技术的核心,其性能是否良好对切削效果的好坏起到决定性作用。然而目前超声切削技术还不是很完善,存在着不少问题,如要普及推广该技术,则必须先掌握超声振子的性能特点,才能根据具体的应用对象对其性能进行合理确定或设计,以取得更好的实用效果,因此本文的研究对于超声振子的精确设计和调试提供可靠的理论依据,对超声切削技术的高效利用有着指导意义。本文首先阐述了超声切削振动系统压电振子的主要性能指标,对振子性能研究的意义和必要性进行了论述,突出了本文研究内容的迫切性。其次,在分析超声振子的基本原理与结构的基础上,设计了实验用的半波长夹心式压电陶瓷振子,通过采用ANSYS软件分别对变幅杆及换能器影响振子的性能进行有限元静、动态分析。最后通过对超声切削系统振子运行机理的研究,理论分析了施加预应力的范围,采用ANSYS软件分析了螺杆预应力和工具对超声振子共振频率和振幅性能的影响。通过阻抗-频率法对有限元分析结果进行了初步验证,实验结果与计算共振频率基本相符,验证了有限元分析的正确性,而有限元谐响应分析对具体的设计有实际的指导意义。另外通过水珠雾化实验观察振子起振情况,设计的振子振动效果良好,能够全雾化。