近年来,无论是在机械加工等民用工业领域还是在现代国防科技领域,光学功能元件都显示出重要的应用价值和广阔的应用前景。制造加工光学元件和模具,往往会选择一些物理化学特性更佳的难加工材料。加工此类材料时,传统的机械加工方法会产生诸多问题,振动辅助加工技术被逐步提出与开发。二维椭圆振动抛光已经在理论与实践中证明了其在提高效率及降低成本等方面的巨大优势,但对微结构表面几何完整性的进一步提高还略显不足。复杂曲面的抛光加工技术仍具有较大提升空间。以此为背景,本文引入一种三维椭圆振动辅助抛光方法,设计一种能进行三维椭圆振动抛光的柔性铰链机构装置,主要内容如下:首先,阐述了三维椭圆振动抛光工作原理,分析了不同情况下的抛光轨迹,给出三维椭圆振动的位移方程,规划了抛光路径,根据不同相位差与变频情况,分析其对抛光的影响。其次,设计了一种非共振型三维振动装置,选取了直梁型柔性铰链作为导向结构,压电式驱动器为动力源,三运动轴彼此垂直独立,驱动方向与运动方向一致的串联方案。再次,借助柔度矩阵法与ANSYS软件对柔性铰链机构进行静力学分析计算与建模仿真。两种方法计算相对误差在12%左右,各向位移量较大,可以满足三维椭圆振动抛光的需要;运用ANSYS软件对机构进行了模态分析,获得了机构的振动特性。结果表明该机构一阶到四阶的共振频率分别为405.5Hz、920.7Hz、979.1Hz、1843.4Hz,符合设计要求。最后,对三维椭圆振动抛光装置进行了实验测试。搭建了实验平台,对装置的解耦性能、固有频率、信号响应进行了测试,对三维椭圆轨迹进行了模拟,并进行了抛光实验,验证了装置的合理性。