超声辅助切削加工技术在精密加工领域具有明显的工艺优势,随着制造业不断向着高、精、微、尖方向推进,对超声辅助切削加工技术的研究也由一维领域逐渐深入到多维,由于超声振动辅助切削加工工作头刀尖的空间轨迹直接影响加工工件表面的微观形貌,为了实现对工作头刀尖轨迹的精确控制,本文提出一种可精确调频、调相、调功的功率型三维超声驱动系统,并设计了一种三维超声振动工作头验证其工作性能。功率型三维超声驱动系统由控制模块和主电路组成,是高频、精密设备,控制模块是其设计的重点和关键。为了满足超声驱动系统的性能要求,完成了基于STM32F103RCT6+AD9959+UCC3895的控制模块的硬件与软件设计。AD9959是基于DDS技术的信号发生芯片,能够输出可精确调频、调相的三通道控制信号;UCC3895是移相全桥控制器,在结合逆变电路实现PS-PWM(移相式脉冲宽度)调功的同时,也为逆变器功率开关管实现零电压(ZVS)软开关提供了硬件支持,有效的减少了开关损耗及电磁干扰的产生;另外基于平均电流型控制原理的恒功率控制功能也是结合UCC3895实现的,电路简单、实时性好、性能可靠。STM32F103RCT6是控制模块的主控芯片,用于频率、相位、功率的设定及显示。为了确保控制模块工作正常,本文在其设计完成后通过四通道示波器对各个环节的输出信号进行了测试,测试结果表明控制模块基本能够实现功率型三维超声驱动系统三通道输出调频、调相、调功的功能。控制模块的输出的小信号经过主电路后转换成同频、高压、大电流的驱动信号实现对超声波振子的驱动。本文研究了具有过流保护功能的ZVS全桥逆变电路,设计了高频变压器,推算出负载匹配电路的匹配电感计算公式,另外还设计了具有过压、过流及浪涌保护功能和EMI滤波功能的整流滤波电路。为了验证功率型三维超声驱动系统的整机性能,本文设计了一种三维超声振动工作头,并进行了振幅测试及切削加工实验。当频率为28kHz、功率设定90%时,单个超声波振子振幅可达8μm,基本满足设计要求。在进行切削加工实验时,工件表面出现了完整清晰的超声波振痕,检测结果表明,由于振型不同,加工后零件表面的粗糙度也有所不同。