SiCp/Al复合材料由于具有高强度和耐磨性等优异的材料性能,被广泛应用于航空航天等国防工业,以及飞机、汽车制造业、半导体行业和光学精密仪器行业等高新技术领域。虽然高硬度的Si C颗粒提高了SiCp/Al复合材料的耐磨性和强度,但也使得整体铝基体材料的延展性下降,增加了加工时的塑性变形和加工后的工件表面的残余应力,让使用普通加工方式去实现高效的精密超精密加工显得格外困难。纵扭共振超声铣削加工,刀具是处于完全分离型断续加工状态,高频的纵扭振动使得刀具的铣削力和扭矩都大幅减小,系统的刚度和稳定性也得到了提高,降低了刀具黏着磨损和磨粒磨损等,提高了工件的表面质量。本论文设计了一种在单向振动激励下,使刀具同时产生纵扭共振的半波长纵扭共振超声换能器。根据等效电路法对圆锥阶梯型复合型变幅杆进行了结构设计,通过对超声换能器的有限元分析,得到了模态振型和谐振位移,验证了设计的合理性。采用正交实验法,研究了斜槽尺寸及个数因素对超声换能器的振动特性的影响规律,最后通过综合平衡法对所设计的纵扭共振超声换能器进行了优化设计,使得纵向振幅提高了56.88%,扭转振幅提高了136.46%,谐振频率误差减小了79.41%。为进一步研究超声铣削加工机理,建立了纵扭共振超声铣削运动学模型动力学模型,得到了超声铣削与普通铣削刀刃的运动轨迹,对系统的铣削力进行了预测,通过铣削加工材料去除模型,分析了材料去除影响因素。为探究SiCp/Al复合材料的表面质量在纵扭共振超声铣削下的变化规律,搭建了纵扭共振铣削实验平台,设计了单因素实验,通过激光扫描共聚焦显微镜观察了加工后的SiCp/Al复合材料的表面形貌,得到了主轴转速为3000r/min、铣削速度为180m/min时,表面粗糙度值最小,且表面质量随铣削深度的加深而下降的结论。本论文为纵扭共振超声换能器的优化设计,提供了方向和思路,理论分析了超声铣削加工机理,为SiCp/Al复合材料超声铣削加工提供了合理工艺参数,促进了纵扭共振超声铣削加工的推广应用,具有重要的战略意义和社会经济效益。