近年来随着光电子行业的快速发展,光学自由曲面的应用变得更加广泛。而自由曲面实现精密高效加工是非常困难的,传统的加工方式加工成本过高。基于快刀伺服的金刚石车削技术加工精度高、表面粗糙度好且加工效率高,能够很好地进行自由曲面精密加工。但是对于高低差达到毫米量级的光学自由曲面,十分必要研发一种兼具大行程、高频响和高精度的快刀伺服系统用于光学自由曲面的精密加工。因此,本课题基于正在研发的渐进多焦点光学镜片加工机床,针对基于音圈电机驱动的快刀伺服机构,开展了快刀伺服控制系统的研究。旨在探究控制系统对快刀伺服机构的精度特性、跟踪性能、响应频率等的影响和控制规律。快刀伺服的结构是控制系统研究的基础,因此首先开展了对快刀伺服的工作原理和结构特性的研究,包括加工原理和切削力特性分析、滑台结构设计和静力特性分析、气浮轴承压力分布和承载力计算及结构模态分析。同时控制系统的性能取决于快刀伺服系统的特性,因此分析了快刀加工的技术指标和速度加速度和带宽等重要的性能参数,对快刀伺服控制系统的研究提出了技术指标要求。为了使快刀伺服控制系统满足性能指标要求从而实现快刀伺服的精密加工,利用仿真环境开展了快刀伺服控制系统和控制参数整定的研究。首先分析快刀伺服控制系统构成,同时建立控制系统仿真数学模型用于性能研究。利用手动调试参数、BP神经网络整定参数和H-J模式搜索法整定参数三种方法进行控制参数的整定研究,通过性能分析确定了在仿真条件下满足技术指标要求的快刀伺服控制系统。同时开展了控制系统的仿真性能研究,包括快刀伺服对面形精度的影响分析和快刀加工参数的选择规律。为验证经过控制系统分析研究和参数整定后的快刀伺服精密加工的有效性,通过实验测试装置及镜片加工机床,对快刀伺服控制系统的性能进行测试。控制系统的性能都满足技术性能指标。同时进行了快刀伺服的初步镜片面形加工实验,得到的镜片面形精度满足加工要求。综上,性能测试和实验结果表明本文对快刀伺服控制系统的研究和参数整定的结果是可行且有效的。