本发明公开一种高效超声波强化研磨设备及方法，该设备包括旋转装夹机构和超声加工机构；所述旋转装夹机构包括同轴旋转夹具和旋转驱动机构，所述同轴旋转夹具与旋转驱动机构的驱动端连接；所述超声加工机构包括超声加工座、超声波换能器和超声工具头，所述超声加工座上设有竖向贯穿的高效加工腔，该高效加工腔的内侧壁自下而上往外倾斜，该内侧壁与竖直方向的夹角的范围为25°‑35°；在工作状态下，研磨料承放在超声工具头延伸至高效加工腔的底部的端面上，工件的待加工的表面放置在高效加工腔的顶部。本发明具有撞击角度宽泛随机、撞击次数多、撞击平均速度大的优点，可以有效提高强化研磨的加工效率和加工效果。