超声波椭圆振动切削(UEVC, Ultrasonic Elliptical Vibration Cutting)是一种将双向高频振动施加在刀具上,使其在切削方向和切屑流出方向分别做超声频振动的加工方法,是一种应用于难加工材料和难加工工序的特种加工方法。在分析UEVC相关理论的基础上,设计了以PZT-8材料为压电晶体的超声波夹心式换能器和圆锥形1/2波长超声波变幅杆组成的超声振子,搭建了由双路信号发生器、功率放大器和两个正交的超声振子组成的整套超声波椭圆振动装置。通过对变幅杆进行模态分析和结构优化,设计了一对长为62.5mm、纵向共振频率为38781Hz、放大系数为2.86的圆锥形变幅杆,并在距大端面27.5mm处安装法兰盘。利用阻抗分析仪和激光测振仪对两个超声振子共振频率及振幅进行精确测量。两超声振子的真实谐振频率与理论共振频率的偏差分别为0.27%和0.15%；当换能器激励电压在100V-500V之间变化时,变幅杆的输出端的振幅在25nm-1500nm间线性变化,并可通过所得经验公式对振幅进行精确预测；实测的椭圆运动轨迹与理论运动轨迹较为符合,最大偏移值小于50nm。借助Matlab分析了切削速度、椭圆倾斜角度及两相激励电压的相位差对加工表面残留高度的影响规律,试验研究了UEVC对PCD车削模具钢NAK80、航空铝合金T6061和不锈钢S136时表面质量和切削性能的影响,结果显示：切削速度越小,工件表面椭圆振动痕迹越密集,表面质量越好；适当倾斜椭圆轨迹有助于减小工件表面残留高度；使两相激励信号的相位差略微偏离90。有利于提高表面精度。UEVC可减轻切削时的刀具磨损：加工NAK80时可消除前刀面的月牙洼磨损,降低后刀面的硬质点磨损；加工S136时,可降低前刀面磨损,避免表面刀尖的崩碎；加工T6061铝合金时,可有效抑制粘刀和积屑瘤。UEVC加工时,由于刀具沿切深方向做高频振动,在工件表面轮廓上填补了传统切削时较深的沟槽,因此,表面轮廓在进给方向上的波谷较浅,在切削方向上表现为幅值较小的高频波动。UEVC的高频椭圆振动,使刀具周期性切入和离开工件产生高频空化作用,可改善切削区的摩擦和对流换热能力,并因此减轻了切削NAK80时的粘着现象和切削S136时的震颤现象,改善了切削性能和表面质量。采用UEVC加工T6061铝合金时,较优的加工参数组合为：转速60～90r/mmm,切削深度25μm,相位差为75。,功率放大器的放大倍数为50倍。