随着科技的发展,国防、航空航天行业对高性能材料的需求越来越迫切,并且对零部件的尺寸精度和加工质量要求较高,由于这些新材料具有高硬脆性和高应力应变等特性,传统切削难以满足其加工质量和加工成本要求。超声振动辅助切削加工在改善切削表面质量、降低切削力和切削温度等方面具有良好的效果,是目前新型材料加工领域的重要技术。轴向超声振动辅助车削是基于传统车削对刀具施加进给方向的超声振动,改变刀具切削刃与被加工材料之间的接触方式,进而改变切削力和加工表面质量。本文采用有限元仿真模拟和实验研究的方法对轴向超声振动辅助车削加工和传统车削加工进行对比研究,完整研究切削参数和振动参数在A16061加工过程中对切削力和加工表面完整性的影响。根据超声振动理论设计制造了一维超声振动系统,搭建轴向超声振动辅助车削实验平台。将进给方向超声辅助振动车削过程简化为二维切削模型,使用MATLAB软件对刀具切削刃的运动轨迹进行仿真分析。通过理论计算,对超声振子的结构尺寸和材料进行设计,并运用仿真软件Workbench对设计的振子进行稳定性分析。对超声振子进行固有模态分析和谐响应分析,得到超声振动系统的变幅比和变幅杆输出端的位移响应。建立在切削仿真软件AdvantEdge下被加工材料本构模型、刀屑接触摩擦模型以及工件与切屑的分离准则,比较二维切削仿真状态下超声振动辅助车削与传统车削加工中得切削力、切削温度以及应变率,系统分析了超声振动对切削加工过程的影响。通过实验研究了切削加工参数和振动参数对切削力的影响规律,并采用单因素方差分析证明在超声振动切削过程中,超声振幅对平均主切削力的变化有着较为显著的影响。通过正交实验建立了超声振动辅助车削过程中关于表面粗糙度经验模型,并对回归方程以及经验模型各个系数进行了显著性检验,研究结果表明经验模型在实验参数范围内精度较高,并实验研究了超声振动过程中进给量、超声振幅、切削速度以及切削深度对被加工表面粗糙度的影响力大小。从热力耦合及超声振幅可加大金属切削过程中物理应力引起的塑性变形效应等角度分析了超声振动辅助车削过程中表面残余应力的产生机理,并实验研究了表面残余应力随切削加工参数和振动参数的变化规律,结果表明施加超声振动可增加被加工表面的残余压应力,提高其抗疲劳性能和耐腐蚀性能。轴向超声振动车削加工有助于去除传统切削过程中的鳞刺、划痕、犁沟等表面缺陷,提高加工表面的质量。