微细旋转超声加工（Micro Rotary Ultrasonic Machining：μRUM）是一种结合了超声加工（Ultrasonic Machining：USM）和磨削加工优点的新型复合特种加工方法。与传统的电加工方法相比，μRUM对材料的导电性没有要求，并可以较好的保持工件原有特性，因此在非导电硬脆性材料的微细加工领域有重要的应用价值。但目前μRUM的机理尚不完全明确，在一定程度上限制了该方法的进一步发展。本文首先针对μRUM的工艺特点，设计了基于恒定速率进给的μRUM加工装置；在此基础上根据实验需求搭建了轴向力测量系统并编写了基于LabVIEW的轴向力采集软件。开展了μRUM中材料塑性去除模式的研究，在考虑主轴旋转运动对材料去除形状影响的基础上，得到了新的材料塑性去除模型；模型验证实验结果表明：在低进给速率下，理论值与实验值吻合的较好；随着进给速率的增加误差逐渐变大，这主要是材料的去除模式随着进给速率的增加发生转变所导致的。对μRUM加工碳化硅（SiC）陶瓷过程中的轴向力展开了研究。对轴向力的频域分析表明其中包含了由刀具变形引起的低频信号和由超声振动带来的高频信号。在此基础上分别拟合了加工参数对轴向力、轴向力低频信号周期和磨粒切深的经验公式。此外，还分析了轴向力对工具磨损类型的影响。除此之外，设计了响应曲面实验探索了μRUM加工钛合金中的轴向力特性；分析了加工参数对轴向力、轴向力低频信号周期、切深的影响；在此基础上，利用COMSOL Multiphysics4.2有限元仿真软件模拟了单磨粒在一个振动周期内的加工过程，与实验值的对比表明，理论解与实验值吻合较好，进一步证明了切深计算方法的可靠性。最后本文还阐述了多功能微细旋转超声加工机床初步设计工作，确立了机床的机械本体结构并选定了电机的伺服控制方案；提出了PMAC作为下位机，基于LabVIEW的数控软件作为上位机的数控方案；在此基础上重点论述了数控系统中关键功能模块的编写技术。