复合材料作为新材料领域的重要主导材料,在汽车工业、航空航天等领域广泛应用。复合材料的切割仍然主要依靠传统方式切割,切割质量不高,严重影响其应用质量。采用超声切割技术进行切割具有无毛刺、侧向进给力小、切割无粉尘、加工精度高等优点,是复合材料切割的主要发展趋势。本文基于上述原因,设计一款超声波切割装置实现以碳纤维预浸布为代表的复合材料的切割,并对其进行研究与分析。首先对超声波切割装置进行设计,该装置由切割进给机构、C轴旋转机构、真空吸附机构和切割执行机构相互配合实现切割功能,利用UG对各零部件进行建模与装配,并对标准件选型。切割进给机构的直线运动由电机驱动滚珠丝杠螺母副实现;C轴旋转机构的旋转运动由电机驱动蜗轮蜗杆机构实现;真空吸附机构采用真空吸附的方式实现对碳纤维预浸布的固定,通过计算产生真空吸附力大小,对该固定方式的合理性予以验证;切割执行机构采用电机驱动曲柄摇杆机构控制超声波切割刀的摆动,控制红外线测温仪与切割刀同步运动,并通过红外线测温仪与冷却枪的配合实时调控切割刀刀头的温度。其次对控制超声波切割刀摆动的曲柄摇杆机构各杆件的长进行最优计算,并利用MATLAB/Simulink软件进行仿真,使仿真过程可视化,得到仿真曲线及动画,验证摇杆可以实现最佳性能的摆动。再次利用有限元软件ANSYS Workbench对超声波切割装置的关键零部件进行分析,包括:对Y轴连板进行静力学分析,适当修正结构保证其承受载荷产生的变形不会影响滚珠丝杠螺母副的运动;对Z轴连接座进行模态分析,防止其在工作中发生共振破坏;利用Design Exploration模块对集成板进行结构优化设计,在不产生较大变形影响切割的前提下,减小集成板的尺寸及切割执行机构的重量,进而提高切割精度及切割质量。最后利用UG运动仿真模块对滚珠丝杠螺母副与超声波切割装置进行运动仿真,得出相应的运动曲线以及运动轨迹,分析其是否能够实现预期路径切割。