传统对精密与超精密磨削加工过程中产生的磨削热的处理方式是大量浇注冷却液，由于磨削区气障的影响，使冷却液的使用率低，冷却效果差。基于汽雾介质的强换热能力和聚焦超声的声动力效应，提出了纳米汽雾聚焦超声冷却的新型冷却方式，该新型冷却方式冷却液用量少、使用率高、冷却效果好，是实现绿色精密磨削加工的重要途径。本文对用于该新型冷却方式的纳米汽雾聚焦超声冷却系统的研制进行了研究，并制作了一套纳米汽雾聚焦超声冷却系统。通过对雾化方式和聚焦方式的对比分析，确定选用低频大功率超声二次雾化作为纳米汽雾聚焦超声冷却系统的雾化方式，聚焦方案选用大功率、高电声转换效率，振动辐射面积大的夹心式压电换能器弯曲振动超声聚焦。经过对纳米汽雾聚焦超声冷却系统三种结构方案优缺点的研究比较，将超声雾化器和聚焦超声系统分别设计作为纳米汽雾聚焦超声冷却系统的结构方案。基于声波在弹性介质中的一维设计理论设计一全波长超声雾化器。通过有限元分析了法兰、过渡圆弧、雾化圆盘对超声雾化器性能参数的影响，在此基础上，基于有限元对雾化器的结构尺寸进行了优化。根据优化结果制作了超声雾化器，对雾化器的阻抗特性、振动特性、雾化性能进行了实验研究，实验表明，超声雾化器的阻抗特性与理论相符，振动特性、雾化性能均满足使用要求。对聚焦超声换能器径长比较大的问题，本文采用了一维振动理论做设计指导，有限元分析修正的方式进行设计。根据线弹性理论和薄板的小挠度弯曲振动理论设计了聚焦球壳，并对其进行了有限元分析。对聚焦超声换能器和聚焦球壳组合的聚焦超声系统进行模态分析并优化了相关结构尺寸。对聚焦超声系统的声场进行了理论分析及其在水中声场进行了有限元模拟。根据设计结果制作了聚焦超声系统，对其阻抗特性、振动特性、声场进行了实验研究，实验表明，聚焦超声系统的阻抗特性、振动特性、声场声压分布与理论一致。基于聚焦超声系统和超声雾化器的研究和纳米汽雾聚焦超声冷却系统的自身要求，对聚焦超声系统和设计的超声雾化器组合成纳米汽雾聚焦超声冷却系统的结构进行了分析，并制作了纳米汽雾聚焦超声冷却系统，为纳米汽雾聚焦超声冷却技术后续研究奠定了基础。