随着经济的飞速发展,大多数零部件开始朝着轻量化、高硬度、高强度、耐磨、耐热、抗腐蚀的方向发展。蜂窝芯复合材料以其优异的结构和力学特性被广泛应用于各行各业。由于芳纶蜂窝材料为正六边形结构,横向切削性能较差,传统加工方式已经不能满足当前高质量、高数量的生产加工需求,经研究发现,纵-扭超声振动辅助铣削加工能够明显降低铣削力、提高加工效率、改善工件表面质量、减小刀具磨损,可以弥补传统加工的不足。因此,本文基于理论设计、仿真分析和实验验证的方法,设计一种性能稳定、能够输出较大振幅并降低铣削力的芳纶蜂窝材料纵-扭超声振动辅助铣削装置。基于设计频率25k Hz,选用了能够自动追踪跟频的超声波发生器,设计了无线供电装置,选用了圆盘刀,确定了换能器类型、复合变幅杆形状、各部件所用材料和连接方式以及压电陶瓷的数量和排列方式,并且依据解析法理论设计了换能器和超声变幅杆,推导出了节面两侧的频率方程,求出了换能器和变幅杆的理论设计值,分析了在变幅杆的指数过渡段开设斜槽结构将单激励纵向振动转换成纵-扭复合振动的实现方式和转换机理,对各部件进行建模和装配。通过ANSYS有限元软件对纵向振动和纵-扭复合振动装置进行了模态分析和谐响应分析,得到了两种结构的固有频率、振型和纵-扭振幅,并为不同的斜槽参数对系统固有频率、纵向振幅和扭转振幅的影响进行正交试验,得出了斜槽结构的最优参数。使用阻抗分析仪、激光位移传感器和KISTER三分量力传感器分别对纵-扭超声复合振动系统的性能、输出振幅、铣削力和铣削时间进行了测试,并设计了超声振动辅助加工芳纶蜂窝材料和普通铣削加工的对比实验。在芳纶实际加工实验中,通过对系统进行阻抗测试,结果表明系统性能稳定、设计和装配合理;通过对系统进行振幅测试,得出圆盘刀端面输出的纵向振幅为14.6μm和扭转振幅为6μm,振幅较大,能够满足现有的生产加工所需;通过超声振动辅助加工和普通铣削加工的对比实验,得出所设计纵-扭超声复合振动系统能够有效减小铣削力,有效加工时间约提高了25%,减小了刀具磨损,符合设计要求。