切削振动是一种十分有害的现象，它不仅影响生产效率，而且影响机械产品的质量。消减颤振的问题是切削加工理论中的难点，也是生产实践中的难题。而加工过程中的不稳定现象会大大降低工件的表面加工质量，并使刀具受到严重磨损，在机床高速运作时甚至会导致严重的安全事故。随着现代工业技术的发展，人们开始越来越重视对切削颤振和加工不稳定现象的研究。超声振动切削加工技术是先进制造技术中的一种，它改变了传统的切削加工过程，由于其相对于传统加工的特殊优越性，它对切削颤振具有强烈的抑制作用。本文将超声振动引入到普通切削加工中，以超声振动高速铣削刀具系统为研究对象，结合仿真和试验，对刀具系统的稳定性进行了研究。首先，基于超声振动铣削的切削机理，建立了超声振动铣削过程的动力学模型并对其进行了分析，得到了超声振动切削时的铣削力要比普通切削时的铣削力小的多；通过对超声振动铣削过程稳定性的分析，得到了在不附加任何限制的情况下，超声振动较普通具有更好的稳定性，并且切削系数越小，超声振动铣削的稳定性就越强；对超声振动铣削加工系统的振动特性进行试验研究。其次，通过ANSYS软件对铣刀进行了模态分析，获得了铣刀的固有频率和振型；建立了MATLAB／SIMULINK仿真模型，对铣削过程进行仿真，获得主轴转速与轴向切深的稳定关系，并绘制了主轴转速-轴向切深曲线图。结果表明：在一个特定的主轴转速下，对应着一个临界切削深度，切削加工稳定性与主轴转速有着极其敏锐的依赖关系。然后，基于建立的仿真模型，分别对刀具悬伸量、刀具齿数以及刀具螺旋槽长度对系统稳定性进行了仿真分析，获得了不同工况下的主轴转速与轴向切深的稳定关系，并绘制主轴转速-轴向切深曲线图。结果表明：刀具悬伸量、刀具齿数以及刀具螺旋槽长度是影响系统稳定性的主要刀具几何因素，并且刀具悬伸量的影响最为重要，刀具齿数的影响次之，螺旋槽长度的影响最小。最后，通过对碳纤维复合材料表面质量进行超声振动高速铣削试验研究，利用JSM6390LV型扫描电子显微镜对已加工表面形貌特性进行分析，验证了所建立的仿真模型的可行性。