超声加工是一种重要的特种加工方法,目前广泛用于硬度高、脆性大等材料的加工过程中。超声加工的核心部分是超声振动系统,而变幅杆又是超声振动系统中关键的一环。变幅杆作为振幅扩大装置,主要作用是把能量集中,将机械振动的质点位移或速度放大。因此超声变幅杆设计的优劣直接影响到超声加工的质量。本论文通过两条路径展开对超声加工的研究：一是研究超声变幅杆的结构优化问题。首先通过传统的振动理论对各类变幅杆参数方程进行推导,完成理论分析。其次借助MATLAB软件编程,通过计算编制几类典型变幅杆的结构参数表,把握各变幅杆参数变化的规律,并以放大系数和形状因素为关键参数对各类变幅杆的性能进行比较。结果表明：1.各类变幅杆的放大系数均随面积系数的增大而增大。其中指数杆和圆锥杆的放大系数比较接近,且都比较小,复合杆较前两者有大幅提高,阶梯杆由于存在截面突变,因此实际放大系数要比计算值小很多；2.在同样面积系数的情况下,圆锥杆要达到共振所需要的谐振长度最长,指数杆次之；3.圆锥杆和指数杆的最大振动速度要大于阶梯杆和复合杆,并且随着面积系数的增大而差距更加明显。再次根据结构动力学问题的有限元法,推导基于结构动力学问题的超声变幅杆有限元法解题思路,为进一步展开有限元分析打好理论基础。随后运用有限元分析软件ANSYS对变幅杆进行精确建模与分析,比较了变幅杆在不同的建模精确度条件下各项参数的异同。最后借助ANSYS优化设计模块进行仿真实验,在材料许用应力下对变幅杆进行优化设计,获得了谐振比达12.35的新型变幅杆。随后借助Pro／NC模块自动生成数控程序,再使用斯沃数控加工仿真软件对程序进行验证,使之成为能够直接导入西门子802S数控车床的切实可行的程序。从而对变幅杆的研究经历了CAE／CAD／CAM整个过程。二是通过实验对超声变幅杆输出端负载效应进行研究。结果表明负载效应的表现形式往往由静压力,磨料浓度,工具头材料,工件材料等构成。其中稳定的磨料浓度,适当的静压力大小,耐磨损的工具头材料都会有利于提高超声加工效率。