光学自由曲面的优越光学性能越来越受到人们的关注,在航天、航空和军事等工业领域以及照相机、扫描仪等面向消费者的行业领域有着十分广泛的应用需求。而如何实现光学自由曲面工件高效、精密、低成本的加工则是当前学术界和工业界亟待研究解决的课题。考虑到现有光学自由曲面加工方法的诸多不足,本文设计了一种用于面向光学自由曲面金刚石车削的混合直线/回转快速刀具伺服平台。本文的研究内容主要包括:1.混合直线/回转快速刀具伺服平台的结构设计。主要包括回转电机和直线电机的选择,气体静压轴承和气体静压导轨的设计,轴承密封和支架的设计,光电编码器和光栅尺的选用。2.混合直线/回转快速刀具伺服平台的结构的有限元分析。主要包括气体静压导轨的静力学和动力学分析,和刀臂的动力学分析。通过以上分析,找出结构中需要改进的部分。3.根据有限元分析结果,对导轨的结构进行了改进,使其满足设计要求。与现有的FTS装置相比,本文设计的FTS装置的优点主要在于:1.该快速刀具伺服平台无论是回转部分还是直线部分都具有很高的加速度,其中回转部分加速度为46g(g为重力加速度),直线部分为7g。2.因为采用了气体静压轴承和气体静压导轨,所以无论是快速刀具伺服的回转部分还是直线部分都具有很高的精度、承载力、刚度和阻尼,使整个平台性能稳定、运行平稳。在规定的供气压力下,回转部分的最大的承载力和刚度分别能够达到170N和50N/μm。直线部分的最大的承载力和位移分别达到了1200N和950N/μm。3.无论是角位移还是直线位移的测量都能达到很高的精度,其中回转位移的测量精度能够达到5μrad,直线位移的测量精度能够达到0.005μm。