碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)以其比强度、比刚度高,耐磨、耐腐蚀性好,可设计性强等优良性能而广泛应用于航空、航天、汽车、体育用品等领域。碳纤维复合板因其物理性质和特殊的铺层结构,传统加工方法刀具磨损过快,易出现分层、毛刺、撕裂等缺陷,难以满足其加工需求。旋转超声振动加工是一种复合加工技术,有效地减小了切削力和刀具磨损,逐渐成为碳纤维复合材料加工方面的研究热点。目前国内对此类设备的研究还较少,常见的旋转超声加工装置采用接触式集流环供电,存在丢步、电刷磨损严重、装置通用性不强等缺陷。为解决以上问题,本论文进行了以下几项工作:首先,设计制作了四分之一波长的超声换能器和变幅杆,并运用Abaqus软件对换能器进行了仿真计算,求解超声振子的谐振频率、节面位置和振幅,并对刀具的不同尺寸和安装位置对超声振子的影响进行了分析。研究发现:随着刀具尺寸的增加,超声振子的谐振频率逐渐降低,当刀具尺寸大于φ7×40mm时,节面位置发生了突变;随着刀具夹持长度增加,换能器的谐振频率逐渐下降,而节面位置基本没有变化。其次,设计了旋转超声加工非接触传能装置,完成了磁芯、线圈的结构参数设计,推导了原副边补偿网络的补偿公式,利用Maxwell软件对所设计的磁芯、线圈模型进行了电磁仿真。仿真结果表明,所设计磁芯、线圈满足超声振子的电能要求,在加工过程中需要保证磁芯气隙在0.5mm左右,轴心偏差在1mm以内,以保证变压器具有较高的传输效率。再次,将超声振子和非接触传能装置集成在标准BT40接头刀柄上,测试了自行研制的非接触传能旋转超声加工装置和补偿电路的性能。结果表明:超声振子的谐振频率为22.543KHz,超声功率为30W时的振幅为23.89μm。非接触传能装置在气隙为0.5mm时的耦合系数为0.82,传递效率为57%;在轴心偏差为0.5mm时的耦合系数为0.94,传递效率为68%。采用原、副边串联电容补偿后振子振幅有较大提升,提升比例随气隙变大而增加,最大提升比例为63%。最后,在数控机床上搭建了非接触供能旋转超声加工试验平台,测试了刀柄轴向和端面跳动,对碳纤维复合板进行了普通钻削和超声钻削对比试验,研究孔进出口处的毛刺、撕裂缺陷产生的机理。研究结果表明,超声钻削有效减少了毛刺的产生,孔径一致性更好。孔出口处的毛刺与切削角度有密切关系,大多集中在切削角度为锐角的区域。