NOMEX蜂窝材料因其密度小，有优异的绝热和保温作用，比强度和比刚度高，备受航空航天领域的关注。但由于NOMEX蜂窝材料特殊结构和特殊的力学性能，使其加工中出现撕裂、压塌、让刀变形等问题。针对这些问题，将超声加工技术引入到NOMEX蜂窝材料加工领域。本文基于超声铣削NOMEX蜂窝材料所使用的铣刀为研究对象，研制出适用于加工所使用的圆形刀。本文以圆形刀的结构设计为研究目的。从超声铣削原理入手，研制了超声铣削装置，借助于有限元分析软件ANSYS研究圆形刀的变形、应力、模态等性能，为圆形刀的理论研究及产品设计开发提供理论依据。依据Φ51mm圆形刀的设计尺寸，在ANSYS中建立圆形刀的模型；对各方案的进行有限元分析，研究其在切削力作用下变形、应力分布的变化规律；探讨圆形刀的动态性能，建立了圆形刀的振动微分方程，并对其进行有限元模态分析，研究圆形刀主振型与固有频率的关系及变化规律,分析了圆形刀的楔角大小的改变对圆锯片的固有频率及其振型的影响；建立了切削力下圆形刀应力场数学模型，结合圆形刀静力学和模态分析的结果，通过选取恰当的优化设计变量及状态变量，完成对圆形刀的优化设计，最终使圆形刀的体积优化到初始值的86%，保证了圆形刀在满足使用性能的前提下具有最紧凑的结构尺寸，最小的体积，使圆形刀所需的电机功率最小，节省能源。在Φ51mm圆形刀设计的基础上，研制了Φ25mm和Φ102mm的圆形刀，对这两种圆形刀进行模态分析，得到Φ25mm的圆形刀一次去除量最大，可以缩短加工时间。最后利用激光位移传感器对自行设计研制的Φ51mm圆形刀振幅进行测量。并利用Φ51mm的圆形刀对NOMEX蜂窝材料进行了大量的超声铣削实验。实验结果表明：圆形刀在超声波振动作用下最大振幅为24.5μm，对蜂窝材料进行加工时，圆形刀锋利，工艺效果好，加工效率高，而且切削过程容易实现，加工后的蜂窝材料的表面光滑，没有毛刺，满足了蜂窝夹层复合材料的加工要求。本文的研究工作为超声波加工所用铣刀的研制提供了较高的理论意义和使用价值。论文的成果可以为蜂窝加工提供一定的理论指导,使蜂窝加工技术达到一个新的水平。