超精密加工技术作为机械制造业中极具竞争力的技术之一,目前已受到许多国家的关注。近年来,超精密加工技术发展迅速,加工精度不断提高,应用范围不断扩大,如微型机械制造所涉及的精密加工技术、纳米加工技术和微型机电系统(MEMS)等,这些技术都在精密和超精密加工范畴内,但其中某些领域的技术发展并不完善,一些微小元件和外形复杂的光学曲面采用现有设备难以加工,刀具伺服系统技术的开发在一定程度上解决了这一问题。本文介绍了国内外超精密加工技术的最新进展,总结了目前用于超精密车削的快速刀具伺服驱动机构的主要工作原理和结构形式,提出了以压电叠堆作为动力输出元件,利用平行板柔性铰链将压电叠堆的直线运动转化为刀具的直线进给,利用旋转驱动支架和扭转柔性铰链将压电叠堆的直线运动转化为旋转机构的回转运动。分析了压电叠堆与机械柔性机构的作用机理和柔性铰链的力学模型,对所设计的两自由度刀具伺服驱动装置各个组成部分进行了解析;利用有限元软件HyperMesh对驱动装置进行了包括静力学、动力学和运动学的有限元分析研究,分析得到驱动机构主要单元的变形情况、应力分布、模态形式以及频响特性等,为驱动装置的优化设计提供了依据;并对研制的两自由度刀具伺服驱动装置样机进行了实验研究,测试并分析了该驱动装置的旋转运动中心、直线输出和旋转驱动的相当刚度、转动分辨率(可输出的最小转角)、重复定位精度和连续工作的稳定性,在此基础上将其装配于台中精机Vturn-20型精密数控车床进行车削试验,实验结果表明:设计研制的刀具伺服驱动装置可完成精密直线与旋转两自由度的运动输出的功能,与理论分析结果基本一致,同时具有定位精度高、承载能力较强、结构紧凑、响应迅速等特点,论文研究工作对具有复杂型面的微小元件加工中刀具与工件间复杂相对运动的实现具有一定的借鉴意义。