采用超声波滚压工艺对TC11钛合金表面进行光整强化加工，利用OM、白光干涉仪、SEM、EDS和XRD研究了超声波滚压工艺参数对钛合金表层的微观结构和表面粗糙度的影响规律；采用显微硬度计、多功能摩擦磨损试验机研究了滚压表面的硬度和摩擦磨损性能。研究结果表明，钛合金表面粗糙度随着滚压功率、滚压次数、静压力、压下量、主轴转速和进给量的增加呈先降后增的趋势，分别在滚压功率660　W、滚压次数5次、静压力0.20　MPa、压下量0.15　mm、主轴转速200　r·min~(-1)、进给量0.10　mm·r~(-1)时达到最低值。随着功率的提高，钛合金表面硬度增大，摩擦因数和磨损量降低；随滚压次数、静压力、压下量、主轴转速和进给量的增加，表面硬度呈先升后降的趋势，摩擦因数和磨损量呈先降后升的趋势，在滚压功率990　W、滚压次数5次、静压力0.20　MPa、压下量0.15　mm、主轴转速200　r·min~(-1)、进给量0.10　mm·r~(-1)时，硬度达到最高值，摩擦因数和磨损量达到最低值。对工艺参数进行响应曲面优化，获得优化工艺参数为滚压功率990　W、滚压次数5次、静压力0.20　MPa、压下量0.15　mm、主轴转速198　r·min~(-1)、进给量0.10　mm·r~(-1)。与滚压前的钛合金表面相比，表面硬度从338　HV增至461　HV，提高了36.4%；表面粗糙度从1.88μm降至0.19μm，下降了89.9%；磨损量从0.60　mg降为0.10　mg，降低了83.3%。