蜂窝夹层构件具有极高的比强度和比刚度、优异的抗冲击、减振、消声、透波、隔热等性能,大量应用于航空航天领域。蜂窝夹层构件由蜂窝芯与上下面板粘接而成,为满足蜂窝夹层构件的制造要求,需要对蜂窝芯的粘接表面进行加工。目前应用较多的蜂窝芯是芳纶蜂窝芯。由于芳纶蜂窝为孔格结构的弱刚度复合材料,采用传统的高速铣削方法加工时,容易产生孔格变形、毛刺、撕裂等加工损伤,蜂窝芯的加工质量不易保证,影响蜂窝夹层构件的性能;此外,高速铣削蜂窝芯时,切屑粉尘大,加工环境恶劣。超声切削是采用专用刀具在超声振动作用下切削蜂窝芯的加工方法,具有切削力小、加工质量好和环境友好等优点,近年来受到广泛关注。作为蜂窝芯的先进加工方法,超声切削在材料去除方式、加工机理和工艺等方面与高速铣削有显著区别,目前国内外对蜂窝芯超声切削理论与关键技术尚缺乏深入研究。本文在分析蜂窝芯超声切削过程的基础上,建立了刀具的标注角度和工作角度参考系,研究了切削运动、刀具姿态以及超声振动参数对刀具工作角度的影响规律;揭示了芳纶蜂窝芯超声切削机理,研究了蜂窝芯超声加工损伤控制方法;突破了蜂窝芯超声切削关键技术,研发了蜂窝芯超声切削振动系统、系列刀柄和数控机床;针对典型蜂窝芯特征开发了超声切削工艺,实现了典型特征试验件和航空蜂窝芯构件的加工验证。主要研究内容及结论如下:（1）针对超声切削蜂窝芯主要采用的直刃尖刀和圆片刀,建立了刀具的标注角度参考系;考虑超声切削过程中的切削运动、刀具姿态以及超声振动,建立了刀具的工作角度参考系;分别分析了直刃尖刀和圆片刀超声切削时切削运动、刀具姿态和超声振动参数对刀具工作角度的影响规律,在此基础上,揭示了刀具工作前角、工作后角和工作楔角变化对蜂窝芯超声切削过程中的切屑和加工表面变形的影响机制,阐明了蜂窝芯加工表面压溃和毛刺等加工损伤的形成原因,提出了控制超声切削蜂窝芯加工损伤的大振幅切削、偏角切削和倾角切削等工艺方法。（2）针对直刃尖刀和圆片刀超声切削过程中刀具与材料的瞬时接触特性,分析了蜂窝芯超声切削过程中刀具与材料的接触状态,建立了考虑刀具几何参数、刀具姿态和超声切削参数的刀具-工件接触率模型,揭示了超声切削参数对刀具-工件接触率的影响规律;根据能量守恒原理,分析了超声切削过程中材料切断的能量关系,建立了考虑刀具几何参数与超声切削参数的材料切断过程的能量平衡方程;分别建立了直刃尖刀和圆片刀超声切削蜂窝材料的断裂力学有限元模型,研究了超声切削参数对应力强度因子的影响规律;基于上述建模和分析,揭示了超声切削蜂窝材料的切削机理。（3）针对蜂窝芯超声切削对振动系统大振幅输出和频率一致性要求,考虑刀具对超声振动的影响,提出了刀具-变幅杆一体化设计方法;采用非支配排序遗传算法优化设计了适用于直刃尖刀和圆片刀的圆柱-贝塞尔复合轮廓形状的大振幅变幅杆,实现了超声切削刀具在20 kHz频率下、振幅大于20μm的大振幅超声振动输出。（4）研制了直刃尖刀和圆片刀系列超声切削刀柄,研究了超声切削系统与数控机床的机械和电气集成技术,研发了蜂窝芯超声切削机床,满足蜂窝芯构件的超声切削加工需求。（5）应用所研发的系列超声切削刀柄以及蜂窝芯超声切削机床,进行了芳纶蜂窝芯超声切削系统工艺试验,开发了平面、斜面、圆弧面、凸台、沉槽和曲面等典型蜂窝芯特征的超声切削工艺,实现了典型特征试验件和航空蜂窝芯构件的加工验证。