针对陶瓷磨边现有的工艺存在工具损耗大、崩边严重、加工效率和能源利用率低等问题,将旋转超声加工技术应用到瓷砖磨边加工中。本文设计了一套旋转超声磨边实验装置,包括超声振子、旋转超声主轴、四轴运动平台和电气控制系统,可以实现多种工况的模拟加工,本文主要研究内容如下:(1)超声振子设计与仿真。使用变截面细棒的纵振动方程,推导出换能器和阶梯形变幅杆的频率方程,并使用方程计算长度。应用ANSYS18.0仿真软件模态分析工具优化换能器和变幅杆外形,并设计出适用于旋转超声磨边的电镀和钎焊工具头。装配超声振子,使用阻抗分析仪测量振子参数,比较金刚石目数对电镀和钎焊磨盘谐振频率的影响,并比较了计算仿真出的振子谐振频率和振子实测谐振频率之间的差异。(2)旋转超声磨边主轴设计与装配。为保证振子与主轴的同轴度,提出了锥度加螺钉调整的定位方案;为降低超声换能器产生的温升,设计了新颖的风冷结构;另外采用非接触的感应供电方式代替电刷供电,最终制作出了满足设计要求的旋转超声主轴。(3)旋转超声磨边实验平台设计。为满足不同工艺参数的实验要求,搭建了用于工艺实验的四轴运动平台,通过X、Y、Z三个方向的直线运动和绕Z轴的旋转运动,可以分别改变磨削深度、加工速度、磨削高度和进给角度,为研究不同工艺参数对加工过程的影响提供了硬件平台。(4)电气控制系统设计和调试。本文设计了基于PLC(Programmable Logic Controller)的专用控制系统,搭建了电气控制电路,编写了PLC控制程序和人机交互界面,可以对实验平台的四个步进电机和主轴电机进行速度和位移控制,为实验装置提供了软件支持。(5)瓷砖旋转超声磨边工艺实验。分析磨削加工中的磨削力变化,使用Kistler测力仪采集磨削力,研究不同工艺参数下,磨削力的大小,对比普通磨边与超声磨边两种条件下磨削力的变化规律,最终得出优化的加工参数。