随着科学技术的发展,超精密加工技术的应用越来越广泛,尤其是自由曲面类零件的需求量越来越大,同时也对零件的表面质量提出了更高的要求。采用单点金刚石车削的方法可以加工自由曲面类零件,但是现有的刀具伺服系统普遍存在频率响应低的问题,急需发展快速刀具伺服技术。本文首先介绍了自由曲面加工方法,总结了刀具伺服系统的研究,并验证了采用麦克斯韦力驱动的刀具伺服系统可以实现高频响应的特性。本篇论文讨论了麦克斯韦力刀具伺服系统的原理分析、机械结构设计、驱动器设计、控制器的设计以及控制算法的实现。论文在以下方面开展了研究工作:1.根据磁路设计原理分析了麦克斯韦力刀具伺服系统的磁路模型并推导出了模型的驱动公式,模型的驱动电流与位移之间为线性关系;2.为了设计合适的机械结构,利用有限元分析方法分析了静态磁场分布情况和高频磁场分布情况以及驱动力及涡流损耗分布;3.利用四路并联的功率放大电路作为驱动器,并利用噪声增益补偿环节限制功放电路的响应范围为0-100kHz,驱动器持续输出电流可达到6A、直流和交流线性度良好,适合于驱动伺服刀架;4.根据开环测试结果设计了由AD、DA及单片机组成的控制器,并利用PID算法进行控制。最终设计的麦克斯韦力刀具伺服机构理论最大加速度可以达到1000G,开环驱动响应频率可以达到100kHz以上,在0-45kHz频率范围内直流线性度良好,机构最大位移可达到15.25μm,整个系统可以无相差的跟踪大约500Hz正弦曲线进行直线运动。