硬脆材料的应用日益广泛,但由于这种材料硬度高、脆性大、又不导电,所以加工起来比较困难。尤其是孔加工时,经常出现钻头出口处的锥状崩边现象,严重影响了被加工件的表面质量、强度和美观程度,甚至使整个工件报废,因此很容易降低加工效率、增加成本。近年来,国内外利用超声旋转加工硬脆材料深小孔、微孔等技术取得了很大进步,但大直径孔很少涉及。本文针对硬脆材料钻孔时的锥状崩边问题,研制了一套大直径孔超声旋转套料加工系统,并对其核心部分——半波长超声振动系统做了重点研究。确定了超声振动系统三个组成部分的结构形式:换能器选择夹心式压电换能器的典型结构,并确定了换能器振子的具体参数;根据实验要求确定变幅杆为既能满足超声加工需要、又易于设计加工的圆锥形;根据超声波能量传递的特点设计了连接简单、定位可靠的套料工具。最后考虑加工的需要,在套料工具切削部分的表面电镀人造金刚石磨粒。本文用解析法和传输矩阵法分别建立了超声振动系统的数学模型,确定了各部分的尺寸,并研制了一系列等阻抗匹配的套料工具。通过对比,传输矩阵法更直观、运用更简便,两种方法达到了互相验证的目的。对超声振动系统进行了动力学分析,包括模态分析和谐波响应分析,并对套料工具的尺寸进行了优化与修正,解决了无法用公式进行尺寸修正的问题。对研制的超声振动系统进行了性能测试实验,分析了其性能参数。在对硬脆材料加工特性充分了解的基础上,进行了加超声和不加超声的套料加工实验,并对加工效果及轴向力进行了分析比较,验证了超声加工解决硬脆材料崩边问题的可行性。