铝基复合材料具有质量轻、硬度高等特点,广泛应用于航空航天、电子、军事等领域,但由于基体与增强相物理性质有较大差异,加工时存在切削不稳定、切削力大、表面质量较差等缺点,制约着复合材料的应用与发展。振动切削的应用在一定程度上改善了上述缺点,但研究主要集中在振动车削、振动磨削领域,振动铣削方面研究较少。本论文通过对工件施加超声激励,实现对SiCp/AL复合材料的超声铣削,在此基础上,系统的研究了超声激励下SiCp/AL复合材料铣削机理及加工后材料的表面质量,为SiCp/AL材料的超声铣削加工提供一定的理论和技术支持。为了论述方便,本文在未特别说明的情况下,所提的超声铣削均为工件超声振动辅助立铣。本文研究的主要内容有:(1)超声铣削运动学分析;(2)超声铣削实验系统的建立;(3)超声铣削SiCp/AL铣削力建模及其影响因素研究;(4)超声振动对材料裂纹扩展影响的研究;(5)超声铣削SiCp/AL表面质量研究。基于运动学理论,通过分析工件超声振动的运动轨迹,研究了超声铣削中的分离速度特性、分离进给特性、冲击特性,通过对不同铣削参数和振幅的超声铣削运动轨迹仿真分析,研究超声铣削特性与运动轨迹之间的关系,结果表明:当超声铣削的实际速度特性为M<1,进给特性为f_z<2A,为奇数,可以实现超声振动分离式铣削,并且超声铣削的动能比普通铣削动能大。搭建了超声振动实验系统,实现了工件沿切向方向的超声振动加工。对比分析PCD(Poly crystalline diamond)刀具和YG类刀具进行超声铣削加工的磨损情况,确定采用PCD刀具更有利于SiCp/AL铣削机理的研究。通过对超声铣削SiCp/AL复合材料过程的研究分析,得出在超声铣削铣SiCp/AL时,切削力主要由切屑形成力、SiC断裂破碎力、超声冲击力、摩擦力组成;建立了超声铣削SiCp/AL铣削力数学模型,具体分析研究了各铣削参数及超声振幅对铣削力的影响,通过实验验证了数学模型的正确性。研究表明:合理的配置铣削速度、每齿进给量及超声振幅等参数,可以降低铣削过程中的铣削力。基于非局部理论下材料断裂韧性的理论研究,从微观力学和能量的角度,分析了超声振动对材料的裂纹产生及扩展的影响,实验对比超声铣削和普通铣削加工SiCp/AL复合材料的表面微观结构,研究表明:超声加工过程中材料的等效硬度降低,断裂韧性增加,从微观方面论证了超声铣削力小于普通铣削力,工件亚表面的表面密度和平整性超声铣削好于普通铣削。对比分析超声铣削和普通铣削后槽底和槽侧的表面粗糙度,通过多因素实验和方差分析对粗糙度的影响因素进行研究。研究表明:超声铣削对底槽表面的粗糙度产生负面影响,对侧槽表面的粗糙度产生正面影响;超声铣削时,粗糙度取决于主轴转速、每齿进给量、超声振幅等因素的综合作用,合理的选取各种参数组合,可以获得较理想的表面粗糙度值。通过对比分析了超声铣削和普通铣削中材料的宏观和微观形貌,研究表明:在超声振动中,刀尖轨迹的改变,使槽底表面形成鳞片形状,工件振动增加了切削区的熨压的频率和面积。建立了超声振动立铣SiCp/AL复合材料时槽底和槽侧表面粗糙度的预测模型,并分别对模型进行了理论和实验验证,得出该模型可以定性分析加工表面粗糙度的趋势,对预测和估计材料的粗糙度有实际的指导意义。