光学镜片、大型反射镜、精密轴承、仿生骨骼、涡轮机叶片、半导体器件等多种关键零部件影响着国民生活、国防事业与科技发展。提高核心零部件制造能力的关键在于提高技术与装备能力。以超声技术与磁流变技术为代表的先进加工技术与多种学科进行融合,分别在一定程度上提高了零件的表面精度与加工效率。超声加工技术具有高频冲击与断续切削特性,不仅能改善工件表面质量,还能改变其应力分布与减少热量产生。超声振动加工技术常用于刚性接触加工,在进行确定性抛光时求解力位耦合问题较难。因此本文主要关注在柔性控制方案下,超声振动辅助旋转加工技术的可行性,设计并制造了一套柔性超声振动加工装置,实现了垂直于端面的超声振动辅助旋转加工功能,开发控制程序,分别从理论与实验方面研究与证明了方案的可行性与装置的可靠性。（1）进行了工具系统的设计、分析与制造标定工作:应用小变形的欧拉伯努利梁理论建立不同典型圆锥曲线切口柔性铰链的柔度系数矩阵方程。应用弹性力学、塑性力学与断裂力学知识与有限元计算方法对装置结构件进行强度校核与模态分析,验证装置的结构可靠性。通过实验测试标定不同柔性铰链在不同超声电源输出下的振动输出大小。搭建气动系统的电气回路,标定关键元器件的输出精度,求得传感器输出补偿常数。（2）搭建了工具系统的控制程序:通过MATLAB/Simulink中的RTW平台建立控制系统与上位机的信道,设计一定脉冲移位周期与幅值的M序列输入信号辨识气动系统模型,获得气动系统的二阶传递函数表达式。使用遗传算法对所搭建的PID控制器进行优化,编写适用于二阶系统的控制器参数优化用户程序,简化参数整定流程。搭建了具有参数自动修正功能的自适应控制器,其可实时调整参数以适应不同工作状态。最后在不同输入信号下对比验证不同控制器的输出性能。（3）建立了材料去除模型与三维有限元仿真模型:推导超声振动与传统加工下的单磨粒去除几何模型,分析超声振动下的材料去除量与传统加工去除量的差别。使用有限元数值计算软件建立磨粒切削铝合金工件的有限元模型,以单因素试验法模拟传统加工与超声振动在不同工艺参数下的切削力,材料去除量,应力与温度变化规律。以Preston方程为基础分析柱形抛光头分别在具有轴向振动与无振动的情况下的理想去除函数。（4）使用工具系统完成了多组去除实验研究:验证工具系统的稳定性与可靠性,分析传统与超声振动加工方式之间的差异性。使用工具系统将铝合金工件的表面粗糙度降为10nm以下,进行单磨粒的低速刻划实验,从力学行为,切屑流动与去除深度等方面分析超声振动辅助刻划与传统刻划之间差异性。以单因素实验法分析一定压力下超声振动磨削与传统磨削的材料去除量以及去除量受工艺参数的影响规律及显著程度。以正交试验法分别展开红刚玉与羊毛工具头对铝合金工件的磨削与抛光实验,以田口分析法分析超声振动对不同工具头所加工工件的表面质量影响。