汽车发动机活塞和活塞销在工作过程承受交变的机械负荷和热负荷,恶劣的工作条件导致活塞销座产生严重的应力集中,超出了活塞材料的极限强度,使活塞开裂失效。为了延长活塞使用寿命,目前普遍采用将销孔设计为“椭圆截面+喇叭口”的方式,有效地降低了销座轴承接触应力,改善了销孔径向和周向应力分布不均的状况。而随着发动机功率不断提高,常规椭圆孔形状已经不能满足更高载荷的工作需要,销孔截面逐渐发展为非对称形状。非圆异形销孔的空间曲面复杂,现有数控镗床的径向微进给机构响应速度较慢,不足以完成非圆截面的高精度加工。本文提出了一种液压膜式柔性致动器快速刀具伺服机构（Hydraulic Diaphragm Actuator Fast Tool Servo,HDA-FTS）,其频率高、响应快,理论上可以实现非圆曲面的高速镗削。论文将围绕基于HDA-FTS实现非圆曲面高速镗削开展工作,主要内容包括:首先从型线和横截面两个角度对异形销孔型面进行了分类;结合异形孔成型原理,以刀具径向进给量为对象建立了销孔曲面模型,为加工数据的生成奠定了基础;以加加速度连续为考核指标,通过对比多种曲线的运动学特性,提出一种“五次多项式+摆线”的非对称截面过渡曲线,可以满足高速镗削时刀具理想无冲击的要求,可以有效减小销孔变形导致的应力集中。进行了液压伺服刀架的控制方法研究。为了提高其输出精度,在阀芯位移-压力双闭环的基础上,提出了一种基于干扰观测器的模糊自适应PID控制策略,可以实现PID参数在线自整定和外部扰动补偿;使用AMESim和MATLAB Simulink搭建联合仿真环境,进行了位置和压力响应仿真实验,并通过与传统PID控制进行对比,验证了本文所设计控制策略的优越性。进行了基于TwinCAT 3的开放式数控系统开发。分析了异形销孔镗床结构及控制需求,论证了使用EtherCAT总线技术及TwinCAT开发环境搭建数控系统的可行性;设计了数控系统软件架构,针对高频运动的U轴单独制定了运动控制方案;使用C#编写了上位机界面和离散加工数据生成软件,基于TwinCATPLC实现了下位机运动及逻辑控制,完成了机床数控系统的开发。搭建了TwinCAT 3液压伺服实验平台,测试了平台运动控制功能,进行了空载U轴跟随实验,验证了方案的可行性;最后,进行了异形销孔切削加工实验,成品上下型线对称无滞后,形状精度、圆度、表面粗糙度满足工艺要求。