近β钛合金被认为是高强度钛合金的重要发展方向之一,TC18钛合金作为一种典型的近β钛合金,具有低密度、高断裂韧性、高淬透性等优异的综合性能,并且在退火状态下是强度最高的钛合金,广泛应用于飞机起落架等结构件和其它承重部件,是一种重要的航空材料,近年来受到越来越多的关注。但是由于TC18钛合金具有和其它系列钛合金相同的切削特点,切削加工时存在刀具磨损严重、切削力大、加工质量不可控等缺点,制约着TC18钛合金的进一步应用和发展。超声振动切削技术,特别是多维超声振动切削技术因其具有脉冲增强效应、可实现断续切削的特点,在一定程度上可以改善钛合金切削加工时的缺点,因此将超声振动切削技术引入到钛合金的切削过程是非常好的思路。但是目前关于超声振动切削钛合金的研究对象多集中在非典型Ti-6Al-4V钛合金上,研究工艺多集中在车削、磨削、钻孔等方面,关于铣削的研究相对较少。因此,本课题提出将纵-扭超声振动铣削技术应用于高强度钛合金TC18的铣削加工过程。通过对切削力、表面形貌、表面粗糙度、表面残余应力和亚表面显微组织的研究,探索纵-扭超声振动铣削TC18钛合金过程中超声振幅和铣削参数对切削力及加工表面完整性的影响规律。主要内容包括:（1）分析了螺旋沟槽式变幅杆的纵-扭超声振动转换机理、纵-扭超声振动铣削的刀尖运动学轨迹、分离速度特性和冲击熨压特性;在考虑超声软化效应的基础上,基于立铣削斜角切削理论,通过分析振动冲击力、切屑形成力、摩擦力的产生,建立超声振动铣削力数学计算模型。此外,还分析了常规铣削和超声铣削的表面形貌及表面残余应力的产生机理和影响因素,为下一步的试验研究奠定了理论基础。（2）在切削力理论分析的基础上,通过单因素试验研究超声振幅、每齿进给量、切削速度分别对切削力的影响规律,并与常规铣削进行对比分析,得到了纵-扭超声振动铣削能够降低切削力的试验依据,确定在纵-扭超声振动铣削过程中,合理选择超声振幅、每齿进给量和切削速度能够有效降低切削力。（3）为了充分发挥纵-扭超声振动铣削改善零件表面完整性的优势,获得可控的加工表面微观形貌,提高加工表面质量,采用单因素试验,研究了超声振幅、每齿进给量、切削速度等参数对铣削表面微观形貌、表面粗糙度、表面残余应力的影响规律。研究表明通过合理配置超声振幅、每齿进给量和切削速度,可以获得理想的表面微观形貌和更大的表面残余压应力。（4）研究不同超声振幅、不同每齿进给量和不同切削速度条件下,试样亚表面变形层的深度、材料组织晶界、晶粒组织状态等,得到了纵-扭超声振动铣削对试样亚表面组织与基体组织的组织行为的影响规律。与常规铣削进行对比分析,证明了超声振动铣削可以细化表层晶粒,使亚表面产生更大深度、更加剧烈的塑性变形,从而强化加工表面。该研究为TC18钛合金零部件的超声铣削表面强化加工提供了试验研究基础。（5）以超声振幅、切削速度、每齿进给量和切削深度为试验因素,以端面铣削过程中的切削力、表面粗糙度和表面残余应力为评价指标设计正交试验,研究各试验因素对评价指标的影响显著性,并判断因素水平组合的优劣,最终获得对应的最优参数水平组合。本课题的研究为实现TC18钛合金的高质量切削加工,拓宽超声振动切削技术的应用范围奠定重要基础,并在纵-扭超声振动铣削TC18钛合金表面加工及加工表面质量控制方面具有一定的实际应用前景。