为得到更为有效的设计理论，将杯形工具变幅器分为圆锥形变幅杆、圆盘和圆管三部分，利用Mindlin中厚板理论求得圆盘的位移、转角、弯矩和剪力的解析表达式，并建立了圆锥变幅杆和圆管的位移与应力函数关系。通过振动单元之间的连续条件以及振动单元的边界条件，建立了杯形工具变幅器整体的频率方程。基于此理论设计了杯型工具变幅器，通过有限元模态分析、阻抗分析试验和超声谐振试验对设计理论进行了验证。仿真结果表明，变幅器的谐振频率与设计频率相符合；试验结果表明，谐振系统的实测频率与设计频率相符合。试验结果验证了杯形工具变幅器设计方法的正确性，为超声磨削系统的设计提供了理论依据。