陶瓷等硬脆材料以其高熔点、高硬度、高耐磨性、耐氧化、密度小等优点,广泛应用于各个领域,但也使得其加工变得十分困难。为解决传统加工方法中效率低、成本高、表面损伤、精度低、导电性要求较高和加工质量差的缺点,本文将超声激励复频加工技术应用于陶瓷加工中,提出了超声激励复频加工方法,该加工方法是在传统超声加工的基础上,引入自由质量,自由质量作低频振动,高、低频振动共同驱使钻头完成切削。本文首先介绍了超声激励复频加工的运动规律和特点,在此基础上分析了自由质量、变幅杆输出端和钻头三者在碰撞过程中位移和速度的变化情况,得出自由质量通过碰撞可以改变变幅杆和钻头的振幅,从而使振动能量更加有效地传递到钻头;建立了加工系统的数学模型,根据一维纵向振动方程和冲击振动理论,推导了钻头的动应力方程,即自由质量的厚度与钻头的动应力有关,并且两者呈正相关;利用压痕断裂力学模型,探究了材料去除机制,发现随着钻头动应力的增加,裂纹的生成速度、数目和扩展速度也随着增加。通过分析自由质量的运动形式,得到了自由质量的振动频率公式,发现其振动频率与厚度有关,而且当振动范围不变时,厚度越大振动频率越高;并根据能量守恒得出,钻头的平均振动功率能够达到3310 W,较换能器的机械功率高出15倍,结果说明自由质量可以将高频振动转换为低频、高功率的机械冲击运动;利用频率测量设备,分别测得不同自由质量的振动频率,发现自由质量同时以多种频率在振动,并且振动频率随着厚度的增加而增加;厚度4.5 mm自由质量的平均振动频率约为6311.4 Hz,为厚度3.5 mm自由质量的3倍,与理论分析结果相一致。基于弹簧质量模型,分析了自由质量的运动过程,发现自由质量能够极大地提高钻头的振动能量;为验证自由质量对加工效果的影响,开展了超声激励复频加工陶瓷实验,测得不同自由质量厚度条件下的材料去除率,发现相对于传统超声加工,4.5 mm的自由质量能够使材料去除率提高5倍,并且避免了表面损伤;此外,随着厚度的增加,材料去除率呈增长趋势,且增长速度越来越快,其平均增长速度达到91(mg/min)/mm。为研究材料去除率的变化规律及影响因素,对自由质量厚度、外径和加工时间三因素进行了正交实验,发现自由质量厚度的极差最大,为77.7mg/min,说明自由质量厚度对材料去除率的影响最为显著,并且厚度越大材料去除率越高;材料去除率随外径的增加,其近似成线性增长;加工时间越长,材料去除率越高,并且增长速度越来越快。