碳纤维增强复合材料（CFRP）和钛合金基于其特殊的性能在航空航天领域应用越来越广,由于CFRP和钛合金均属于难加工材料且两种材料的性能差异巨大,导致CFRP/钛合金叠层结构一体化制孔存在加工质量差,刀具寿命短等问题。本文基于超声振动钻削和低频振动钻削的优势,提出了高低频复合振动钻削的加工方法,研制了一种一体式高低频复合振动钻削装置并进行了试验研究。基于建立的高低频复合振动钻削的运动学模型,确定了高低频复合振动钻削装置低频系统和高频系统的设计方案,低频系统主要包括双端面凸轮盘、滑块机构、环状柔性铰链和固定部分;高频系统主要包括超声波电源、无线传输装置、换能器和变幅杆。采用断屑理论、弹性力学和机械振动学等对低频系统主要结构进行理论设计,通过对带螺旋槽的一体式变幅杆频率方程的理论计算,设计该装置的高频（纵扭超声）振动系统,运用材料力学等对主要联接部件进行理论设计和强度校核。在理论分析基础上,进一步通过对高低频复合振动钻削装置低频系统和高频系统结构的有限元仿真和测试,综合考虑其工作性能和使用寿命,确定了装置的具体设计尺寸。对加工装配后的高低频复合振动钻削装置进行了振动性能测试,结果表明:本装置能够与机床主轴方便地进行装卸,可以实现超声和低频的独立和复合振动,且振动稳定可靠,装置振动性能能够满足加工要求。采用研制的高低频复合振动钻削装置对CFRP/钛合金叠层结构进行制孔试验,分析比较了普通钻削,超声振动钻削,低频振动钻削和高低频复合振动钻削四种钻削方式下的钻削轴向力、钻削温度、钛合金切屑形貌以及CFRP的孔加工质量。试验结果表明:1.相对于普通钻削,无论是钻削CFRP还是钛合金,振动钻削都在一定程度上降低了平均钻削轴向力,但导致轴向力的峰值增加;2.钻削钛合金时,相对于普通钻削,高低频复合振动钻削方式降低切削温度的作用最显著;3.低频振动钻削和高低频复合振动钻削的钛合金切屑多为不连续C型切屑,而高低频复合振动钻削相对于低频振动钻削的切屑尺寸更小;4.高低频复合振动钻削方法下的CFRP入口撕裂因子整体最小。