Nomex蜂窝芯是具有代表性的多孔、难加工材料,其沿六边形孔格方向刚度较弱,在成型加工中易发生孔格变形、蜂窝纸撕裂、毛边、加工表面毛刺多等质量问题。以Nomex蜂窝芯材料为基础制作的蜂窝夹层结构具有重量轻,密度小,强度高,刚度大,良好的绝缘性能,优良的化学惰性和隔热性等诸多优点。在结合蜂窝芯材料性质和结构特征的基础上,蜂窝芯加工方法和工艺一直在不断探索,其中加工蜂窝芯的方法包括高速铣削、超声切削、带锯等。超声切削加工技术作为一种新型加工技术方法,在蜂窝加工领域有加工效率高、表面质量好、加工中粉尘污染少等优势。欧美一些公司已把超声切削技术应用到蜂窝芯加工中,并开发了相应的机床自动化设备。国内部分科研院所也正在研制超声切削加工系统。但是整体技术还不够成熟,尚未形成完整体系。本文针对蜂窝芯加工的超声切削系统设计及切削性能进行了研究,主要内容如下:为了研究能够顺利加工Nomex蜂窝芯的超声切削加工技术,结合超声振动加工系统设计理论和遗传算法设计思路,设计了一种大振幅超声变幅杆。这种变幅杆外形轮廓由圆锥、圆柱和贝兹尔曲线复合而成。根据超声变幅杆的结构和超声波在变截面杆中的波动方程,把超声变幅杆和圆片刀视为整体,提出整体设计思路,使用非支配遗传算法和仿真方法优化变幅杆外形,并进行模态分析和谐响应分析,完成整波长复合形超声变幅杆的理论设计。通过振动测试实验评估超声变幅杆和圆片刀的谐振性能,对不同激励电压下超声切削加工系统振幅进行标定。结果显示:在加装圆片刀后,将此超声变幅杆调节到纵向谐振状态,当超声电源激励电压为300 V时,圆片刀底面边缘处振幅可以达到45.5μm。系统振动稳定、振幅足够大,进而验证超声切削系统设计的合理性。在蜂窝芯切割过程中切削力大小直接关系到蜂窝芯成型和表面质量。圆片刀超声切削是蜂窝芯加工的新型加工方法。为了选取合适的圆片刀超声切削蜂窝芯加工工艺,提高蜂窝芯加工质量和加工效率,需要对切削力的影响因素和变化规律进行研究。搭建蜂窝芯超声切削加工试验平台,采用试验方法对切削力进行测量,分析不同振幅和切削深度下Nomex蜂窝芯样件的切削力。使用回归分析法对蜂窝芯切削力数据拟合,推导切削力经验公式。切削力Fy,Fz与切削深度ap,圆片刀底部边缘处振幅A呈线性关系,对比切削力拟合结果和试验数据,误差在10%内。并使用超景深显微镜观察切割后的蜂窝芯表面,对蜂窝芯样件表面形貌进行分析,切削后蜂窝芯表面平整,毛刺更少,满足加工要求,为圆片刀超声切削蜂窝芯工艺研究提供参考与依据。