碳纤维复合材料性能优异,在航空航天等领域得到了广泛应用。传统机械加工方法不能满足对其高质量的加工要求,在传统机械加工方法基础上引入超声振动的超声辅助切削加工方法,能够实现碳纤维复合材料的高质高效加工。但在实际加工中发现,在高频或大振幅超声振动下,由于应力集中问题的存在,导致整体硬质合金刀具刀杆在和超声变幅杆连接部位易发生断裂或碎裂。针对上述问题,本文提出了采用修形技术解决刀具刀杆与超声变幅杆连接部位应力集中问题的方案,研究了连接部位的修形设计方法,设计了一套采用修形技术的碳纤维复合材料超声辅助切削振动系统,具体的研究内容与研究结果如下:(1)根据碳纤维复合材料的加工质量要求,对超声辅助切削振动系统的设计要求进行了分析,确定了超声振动系统采用二分之一波长的设计方案。经过分析确定了超声变幅杆和超声换能器的具体结构形式,选取了合适的设计方法分别对超声变幅杆和超声换能器进行了详细设计。对超声振动系统进行了有限元仿真分析,模态分析验证了超声变幅杆设计方法的正确性、谐响应分析验证了超声振动系统能够在设计频率30kHz附近发生纵向谐振。(2)根据刀具与超声变幅杆的连接性能要求,对比分析常见刀具与超声变幅杆的连接方式的优缺点,确定了采用热装过盈连接的最佳连接方式。对刀具与超声变幅杆热装过盈连接进行了具体实现参数的设计,确定了刀具刀杆与超声变幅杆连接部位的过盈连接配合公差为Φ6(S6/h5),热装需要的加热温度为41 0℃,并对加热温度的可靠性进行了验证。建立了刀具与超声变幅杆过盈连接的有限元模型,验证了其有效性,分析了刀具刀杆与超声变幅杆在连接部位的应力分布状态,平缓处应力在240MPa左右,而应力集中处高达955MPa。(3)分析了刀具与超声变幅杆过盈连接的修形设计要求,确定了刀具与超声变幅杆连接部位的修形设计方案。推导了全圆弧、圆弧-直线、对数曲线修形方法分别对应的修形曲线方程,建立刀修形后的有限元分析模型,研究了每种修形方法修形后刀具刀杆在连接部位的应力分布状态随着修形参数的变化规律。经过对-上述修形方法的进一步分析与优化,最终确定了采用全圆弧母线6μm修形与载荷优化系数为0.2的对数母线修形相结合的最佳修形方法。