电解加工是基于阳极溶解的原理来去除材料的加工方法。电解加工具有加工速度快、表面质量好、对所有导电材料都能加工、工具电极无损耗等优点,广泛应用于三维型面、型腔、异型孔、微小深孔等的加工。超声加工是利用超声高频振动的工具头,并通过工具头与工件之间的磨料对工件被加工表面的撞击作用及超声空化作用,使工件材料表面逐步破碎、去除的特种加工工艺。超声加工不仅适合玻璃、陶瓷、半导体硅片等非金属材料的加工,也适合硬质合金、淬火钢等硬脆性金属材料的加工。超声加工和电解加工单一工艺的研究及应用已有较长的时间,并已逐渐成为比较成熟的加工技术,在国内外军事工业和民用工业都得到了广泛的应用。但具体针对不同的加工对象、加工条件和加工要求,在某种程度上也存在不足,表现为加工质量差、加工精度不高以及加工效率低等。单一的加工方式已经不能有效的完成材料的加工,势必要求在原有加工技术基础上进行改进。在此背景下,国内外开展了复合加工技术的研究,以提高加工效率或得到更好的尺寸精度、形状精度和表面完整性等。超声电解复合加工技术是利用超声高频振动和空化作用破坏电解加工过程中工件阳极表面所形成的钝化膜、加速电解液更新和电解产物排除,提高加工速度、电解加工的定域性、加工精度和表面质量等。针对旋转超声电解复合加工技术,本文开展了以下研究：1)考虑到电解加工过程中生成钝化膜,电解液难以进入加工区及电解产物难以排除等问题,提出内喷式旋转超声电解复合加工装置的总体方案。设计了旋转超声振动系统、P0级平面精度的大理石工作平台和电解液工作箱。通过在大理石工作平台镶嵌金属填充物,实现电解液箱与工作平台密封连接。利用运动控制系统、电源和电解液系统等,构建了内喷式旋转超声电解复合加工装置,并对加工装置进行短路保护和加工电流采集。2)设计了旋转超声振动装置,提出两种方案：传统波长的振动系统和半波长振动系统。基于超声理论和有限元理论,进行了超声振动系统的理论设计,应用有限元软件ANSYS对超声振动系统进行了优化设计。对比结果表明,基于局部共振原理设计的半波长振动系统具有体积小、旋转阻尼小、回转精度高和工具系统不影响振动系统频率的优点。设计了振动系统支架和旋转系统,所设计的旋转超声振动系统技术参数为：频率20±1kHz、振幅40-80μm,回转精度≤0.02mm,为后续的微小深孔旋转超声电解复合加工奠定了基础。3)为确定旋转超声电解加工的技术优势,同时为确定旋转超声电解复合加工小孔中阴极是否需要绝缘处理,采用未绝缘不锈钢毛细管在非线性电解液硝酸钠的环境下分别进行了加工电压、初始端面间隙、进给速度、阴极转速和电解液压力的旋转电解加工和旋转超声电解复合加工小孔的单因素试验。试验结果表明旋转超声电解复合加工具有更高的阳极溶解速度,阴极不进行绝缘处理时所加工的孔的锥度比较大。通过对采集的加工电流以及加工试验结果的分析,了解加工因素对孔的锥度的影响。当进给速度过大、或初始端面间隙过小时会影响加工的稳定性；当电解液压力过高,会使电解液反溅,导致工件表面杂散腐蚀严重、阴极发生抖动,同时电解液升温过快,不利于电解液恒温控制。4)进行了内喷式旋转超声电解复合加工小孔试验研究。选取加工电压、初始端面间隙、进给速度、阴极转速和阴极裸露长度为加工因素,分别进行了单因素试验、析因试验和响应曲面试验。通过单因素分析,得到各因素对侧面间隙、材料去除率以及实际体积电化当量的变化情况,掌握旋转超声电解复合加工小孔随各因素水平变化情况,为后续试验因素水平的选择提供参考。通过析因试验,不仅分析了各因素对侧面间隙、材料去除率影响的显著性以及因素间的交互作用,同时还建立了侧面间隙和材料去除率的回归模型。侧面间隙、材料去除率的回归模型值与试验值的相对误差分别为8.18%和8.82%。由于侧面间隙的数学模型存在平方项,通过响应曲面试验,得到了侧面间隙的优化回归模型和最佳工艺参数,侧面间隙平均相对误差为4.96%,提高了回归模型的预测精度。5)对小孔加工的锥度、稳定性进行了研究。研究结果表明,对给定深度的小孔加工,在其他试验条件都确定的条件下,可以通过控制孔的出口直径达到减小锥度的目的,而孔的出口直径与加工时间有关,在孔被加工通后,阴极继续进给一定的加工深度,可以实现对出口直径的控制。理论上,当进给的深度为阴极裸露长度与初始端面间隙的总和时,出口直径与入口直径相等,锥度为零。采用空心管阴极旋转超声电解复合加工微小深孔容易形成套料加工,在孔的中心形成小凸台,引发冒火花等现象,阻碍了旋转超声电解复合加工的继续进行。采用“十字”辅助阴极,可以有效的去除孔底面的小凸台,提高了加工稳定性。利用内喷式旋转超声电解复合加工装置加工了小孔试件。所加工的孔径为Φ4.007mm,深度为67.5mm,加工电流变化平稳。通过旋转超声电解复合加工和旋转电解加工对比,试验证明了旋转超声电解复合加工有利于电解液更新和电解产物排除,提高了加工表面质量。6)基于ANSYS CFX有限元软件,建立了气液两相流气穴模型,定性分析了阴极旋转和阴极振动对电解加工过程中流场、电场的影响。阴极旋转使加工区电解液流速分布均匀,电解液中气泡随阴极旋转上升,离开工件表面,一部分气泡随阴极的转动离开加工区,另一部分在阴极底部聚集。阴极较低的转速有利于气泡离开工件表面,增大端面电解溶解速度,但随着旋转速度的增加,气泡在阴极外侧和端面积累量越来越多,电解液电导率下降,使得阳极溶解速度降低,有利于减小侧面间隙。阴极振动引发加工区电解液压力周期性波动,电解液中的气泡随阴极振动上下运动,加速了气泡离开工件表面并沿侧面间隙排出,但随着振幅的增加,气泡在孔的底部聚集,使得孔的底部气体体积分数增多,反而降低了电解加工速度。较大的端面间隙有利于气泡的排出,提高加工的稳定性。较高的频率使气泡在孔的底面大量聚集,降低了旋转超声电解复合加工小孔的轴向溶解速度。阴极高频振动使端面加工间隙以及两极间的电参数等也随之周期性变化。电解加工在大间隙、小间隙周期性变更中进行,有利于提高加工的定域性和加工精度。7)开展了基于有限元的仿真加工研究。通过二维仿真加工和三维仿真加工研究表明,三维仿真加工不仅提高了预测精度,而且能够展示不同时刻的加工型面,为旋转超声电解复合加工提供指导。