超声表面滚压技术可以显著的提高材料的表面质量，是一种新型表面强化技术，广泛的应用到了航天、船舶和汽车制造等领域。　　本文首先从超声滚压装置设计开始，选取了超声波发生器和换能器，设计了变幅杆、滚压头和装置的整体结构。第一，在超声滚压工具头的结构设计上，采用了3个小硬质合金球支撑1个大硬质合金球的结构；该结构滚压头的滚珠可以自由旋转，避免局部磨损严重而影响加工质量。第二，采用有限元方法对换能器、变幅杆及滚压头装置进行了模态分析，得出其固有频率和各阶振型，并运用有限元软件不断对装置结构进行调整，使其达到最佳工作状态；同时对装置进行了谐响应分析，得出其谐响应分析曲线，分析整个装置的振幅是否满足工作要求。第三，针对车床和整个滚压装置的结构特点，设计了滚压装置在车床上的固定夹具，该夹具以变幅杆上振幅为零处作为夹具的固定连接点，同时在装置内部安装压力传感器，既保证了装置的正常工作，又可以实现静压力的准确测量。　　其次，在对超声滚压过程中动态冲击力进行检测分析基础上，采用有限元软件ABAQUS建立了超声表面滚压加工的三维有限元模型，对18CrNiMo7-6材料进行了初步的单点冲击分析，得到了和采用赫兹理论计算的压入深度、压入半径和最大压应力相一致的结果，验证了有限元模型的有效性。然后采用该模型分析了滚压加工工具头的运动状态，给出了残余应力的大小。　　最后，利用该装置在车床上进行了超声滚压试验，综合使用NPFLEX型三维表面形貌测量系统、HV-1000型显微硬度计、VHX-2000E型超景深三维显微系统和Proto高速大功率X射线残余应力分析仪观察分析了加工前后试样的表面粗糙度、表面显微硬度、表面二维形貌和表层残余应力，并研究了工艺参数（主轴转速、进给量、静压力、滚压次数、振幅）对表面质量的影响规律。然后对超声滚压加工后试样的表面粗糙度、表层显微硬度及残余应力的试验数据进行了极差分析和方差分析。结果表明：超声滚压加工后，试样表面的粗糙度由原来的3.003μm降低至0.468μm；超声滚压在工件表面产生了不同程度的加工硬化，表面显微硬度由360.9HV提高至442.9HV，显微硬度提高了22.7％；加工后的表面二维形貌更加平整，形成了连续平坦的表面；最大残余压应力出现在距离表面80μm处，约为-790.97MPa，高硬化层达到了300μm。对表面粗糙度的影响显著性程度顺序为：进给量＞主轴转速＞次数＞振幅＞静压力；对表面硬度的影响显著性程度的顺序为：静压力＞次数＞振幅＞主轴转速＞进给量；对残余应力的影响显著性程度的顺序为：静压力＞振幅＞次数＞进给量＞主轴转速；超声滚压后试样的表面完整性得到显著提高。