国Ⅵ标准的执行要求活塞要承受更高的燃气压力,传统的铝硅合金材料因其抗压强度低,在适应更高燃气压力方面已显得越来越吃力。而锻钢活塞则以其优良的性能在近几年间取得了快速的发展,特别是在重载柴油内燃机中的应用尤为广泛。相比于传统的铝合金材料活塞,锻钢活塞拥有着更高的硬度、强度等性能,但同时也对应着更高的切削力需求,这就要求刀架要有更强的系统支撑刚度,原快速刀具伺服（Fasttool servo,简称FTS）系统已不能满足刚度要求。论文提出了一种基于小惯量旋转电机驱动的新型FTS系统结构,并围绕新结构及其在锻钢活塞加工中的应用展开研究,其主要研究内容如下:首先通过对活塞异形外圆截面型线进行运动学分析,明确了刀架伺服系统对往复运动行程、响应频率、加速度等关键参数的需求。相比于直线电机,同体积下的旋转电机可实现更大的驱动力输出。本文构建了以小惯量旋转电机驱动的新型高刚性快速刀具伺服（Rotating motor-Fast tool servo,简称RM-FTS）系统,支撑结构上采用双边“面对面”式水平对置双导轨结构来提高刀架的支撑刚度。基于齐次变换原理对刀架传动结构误差进行了数学建模,搭建了导轨与工作滑台的误差映射模型。分析认为:“面对面”式水平对置双导轨结构比传统双导轨结构的误差均化效果在主承力方向上提高了 5%,在进给方向上提高了 4.4%。通过ANSYS软件对“面对面”式水平对置双导轨结构模型进行静力学分析和模态分析,优化其结构,减少了 14.92%的误差偏移量,提高了系统刚度。构建RM-FTS系统三环控制模型,并采用频率响应法对传递模型函数进行求解实现控制模型的参数识别。基于Simulink对不同负载惯量下RM-FTS系统进行了响应特性、鲁棒性、跟踪稳定性对比分析,确定惯量比合理取值范围;为提高传动结构的跟踪精度缩短响应延时时间,本文设计了前馈控制器,提高了系统跟踪精度。活塞外圆加工实验验证了 RM-FTS系统的机械结构及控制策略的有效性。为解决活塞型面自定义及插补数据的拟合和生成的问题,本文开发了一套可实现数据可视化的人机交互界面（HMI）系统。通过各个模块简化了活塞外圆型面设计流程,可大大缩短活塞的研发周期,并且可按照操作人员给定的角度和高度间隔进行活塞径向数据的提取,生成一个可表征活塞外圆径向缩减量的数据表格,可用于指导活塞外圆的实际加工。