异形活塞是指工作裙面为特殊结构的活塞，也被称为中凸变椭圆活塞，虽然这种活塞在发动机中的工作性能优越，但使用普通的数控车床加工极为困难。当今船用大直径活塞的生产现状较为落后，迫切需要高效的加工设备。作为活塞生产线的核心环节，中凸变椭圆活塞车床的工作性能直接决定了活塞的加工质量。本文以中凸变椭圆活塞的车削加工为研究对象，设计了新型结构的活塞数控车床，本文的研究内容主要包括以下几个方面：1）针对国内外中凸变椭圆活塞车床的研究现状，提出研究目标与主要研究内容。2）根据异形活塞的裙面结构特点，对裙部型线进行数学描述，并对复杂型线的成型运动进行研究，利用MATLAB软件实现裙部型线的三次样条拟合插值。深入研究了活塞裙部型线的插补原理，采用极坐标插补算法对横截面进行插补，采用等长度直线法对轴截面进行插补。3）通过对现有的活塞车床的研究，根据异形活塞的加工原理，设计了中凸变椭圆活塞数控车床的整体结构，利用Pro/E建立活塞车床的实体模型，对车床的关键硬件进行选型。在ADAMS中建立主轴系统模型，进行刚柔耦合分析，验证设计的合理性。4）作为活塞车床的关键部件，伺服刀架采用永磁式直线电机驱动。运用ADAMS软件建立直线电机运动学模型，对电机的高频微进给运动进行分析，为实现高精度运动控制奠定基础。建立了伺服刀架的动力学模型，并对伺服刀架的控制器进行设计；根据活塞横截面切削对伺服刀架的要求，选用反馈+速度/加速度前馈的复合型PID算法对刀架进行实时控制。5）基于Parker运动控制器搭建了电机联动实验平台，使用控制器中的ACRView模块对直线电机位置控制系统的PID参数及速度/加速度前馈参数进行综合整定，对直线电机和伺服电机的联动控制进行研究。以上研究只是针对大直径中凸变椭圆活塞的加工而提出的，对于我国船用发动机活塞的加工具有一定的理论意义和重要应用价值。对于其他非圆截面零件的加工也具有实际的指导意义。