碳纤维复合材料是以碳为基体，碳纤维增强的复合材料，因具有轻质、高比强度、高比模量、低热膨胀系数等优良特性使其在尖端领域的需求日趋增多。然而，由于其力学性能呈各向异性、硬度高、强度大、导热性差等特点，其在加工中出现的问题成为遏制其广泛应用的瓶颈。因此，探求复合材料的后加工工艺是一项十分有意义的工作。针对超声振动加工在硬脆材料加工方面独特的优越性，本文提出将超声振动与高速铣削加工相复合，探讨一种适应碳纤维复合材料高效高质量加工的新方法。基于波动理论，研制了适合于高速加工中心的专用超声振动铣削装置和对工件施加二维超声振动的平面振动系统，使其在不同振动方向可以进行任意组合。考虑到高速加工下接触式电传输存在的一系列问题，本文研制了无接触感应电能传输系统，并讨论了负载、频率、气隙大小及有无补偿对传输性能的影响。通过对超声装置振动特性的试验，研究了其声学特性和系统振动的稳定性，结果表明：对超声振动铣削装置，刀具的直径、长度以及开槽数均对声学系统的谐振频率有较大影响；利用“李萨茹图形法”原理设计的可以使工件产生二维椭圆振动的系统稳态振幅均可达10μm以上，谐振频率为20.6kHz，可以满足试验要求。基于铣削理论，建立了超声振动铣削平均切削力理论模型并进行了讨论，研究表明：超声振动的引入可以较大降低铣削力。通过对碳纤维复合材料铣削力的正交试验得出：随主轴转速提高切削力减小；随轴向径向切深和进给速度增大，切削力增大。在对相同铣削参数不同铣削方式下的铣削力比较发现，铣削力从大到小的顺序是：普通、一维振动，二维振动和三维振动切削。通过微观形貌分析：超声振动铣削下纤维主要以剪断为主，而普通切削下纤维主要呈拔出型和压入型。普通铣削的表面沟槽的峰谷分布很不均匀，且表面易出现孔洞；一维振动加工方式下工件表面呈现较为整齐的正弦波形；二维振动下加工表面整体较平整，高度较小的波峰和低谷占了多数；三维振动加工下的工件表面较平坦，峰不高，谷不深，结构较细致。论文最后对碳纤维复合材料的已加工表面质量进行三维评定分析，并简单讨论了超声铣削过程中刀具的磨损情况。研究表明：超声高速高效高质加工碳纤维复合材料是适应的。