钛合金因具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于多个领域,但是其机械加工性比较差,使用常规切削方式加工时不容易获得良好的加工效果,而超声波振动切削技术的提出为这一难题提供了解决方案。超声波振动切削是指在切削过程中给刀具叠加一个高频振动,使得刀具能够间歇性地与加工工件接触或脱离,具有减小平均切削力、延长刀具寿命、改善加工质量等优点。本文的主要研究内容是设计一个超声波振动切削系统,利用该系统对钛合金材料进行切削,以改善切削环境、提高加工质量。本文对超声波振动切削系统的切削原理和优势进行了系统的阐述。根据钛合金TC4材料的加工特点,确定了单激励超声波椭圆振动切削系统的设计方案。所设计超声波振动切削系统的工作频率为43.4k Hz,由超声波发生器、换能器、变幅杆及切削刀具组成,文中对各组成部分的功能和选型都进行了分析。将变幅杆的设计作为整个系统设计的重点,利用振动理论和设计公式,对变幅杆的基本结构进行了初步设计。利用有限元分析平台ANSYS Workbench的模态分析功能,对变幅杆结构参数进行了优选,并对改良后的结构进行了谐响应分析和瞬态动力学分析。使用阻抗分析仪与激光位移传感器对系统的阻抗特性和振动特性进行了测试。将所设计的振动系统应用到对钛合金TC4工件的切削加工中,并且将其加工效果与普通切削方式的加工效果进行对比。有限元分析结果显示系统在刀尖点输出的仿真振动轨迹为椭圆形;通过对振动系统的性能测试,验证了刀尖点的实际振动轨迹也是椭圆形;通过切削试验,证明了在切削装置中引入单激励超声波椭圆振动切削系统能够明显改善钛合金TC4工件的加工表面质量。