近年来，由于微结构表面在光学、生物医学和机械电子等领域的广泛应用，其高效率、低成本、多样化的加工方法也相应成为国内外制造行业的研究热点。综合考虑现有的制造技术来看，椭圆振动切削方法不仅能够在很大程度上改善材料的加工性能，而且可以实现微结构表面的高精度创成，具有很大的发展潜力。目前为止，国内关于运用椭圆振动车削加工微结构表面的研究还存在一些问题，如切削装置的布局设计、微结构表面形貌的多样化加工方法等。本学位论文致力于结合创新的微结构表面椭圆振动加工方法，设计一种新型非共振椭圆振动切削装置，并通过仿真分析和离线测试加以验证，最终实现无规则微结构特征表面的端面车削。本文首先通过分析椭圆振动加工表面形貌的生成规律，提出了一种随机化椭圆轨迹振幅加工无规则微结构表面的新方法，并通过表面形貌仿真验证了其理论可行性。在切削进行装置设计时，通过两种运动轴布局的对比分析，选择了两个运动轴平行布置的布局方式，采用压电叠堆作为驱动元件，以柔性铰链作为导向机构，将生成的运动传递至刀座部分，最终在金刚石刀具处合成椭圆振动。确定装置布局后，依据实验需要，对柔性铰链部分进行了尺寸参数的理论计算和仿真分析。完成切削装置的加工装配后，选用Newport气浮隔振台、PMAC多轴运动控制器、Siemens工控机、电容式位移传感器、信号发生器等设备搭建测试系统，对装置进行了多项离线性能测试，得到其静刚度测试结果与设计值和仿真值相近，为46.33N/μm，固有频率测试结果与仿真值相比有所降低，为807Hz，满足实验要求。阶跃响应测试结果验证了装置具有良好的动态性能，正弦响应测试反映了装置在不同工况下对正弦激励信号的响应情况良好，随后分别合成了运动输出端的椭圆轨迹，结果表明可以满足椭圆振动加工需要。在使用所设计的加工装置进行无规则微结构特征表面的椭圆振动端面车削时，首先根据实验方案确定了相关切削参数，然后通过在线切削实验验证了装置的可加工性和上述振幅随机化的椭圆振动加工方法的有效性，并参照控制变量法设计对比实验，从加工方式、振动频率、进给速度、椭圆轨迹位姿、工件材料五个角度分别分析了各参数对微结构表面质量的影响。具体表现为：振幅随机化的椭圆轨迹车削方法与传统车削和常规椭圆振动车削相比可以有效弱化加工表面微结构的规律性分布，而为了获得高质量的无规则微结构特征表面，可以适当增加切削装置的椭圆振动频率，减小进给速度，保持水平的椭圆轨迹位姿。