以直线电机为驱动的伺服刀架具有频率响应快、跟踪精度高、无中间传动环节等优点,已广泛地应用于活塞、凸轮等非圆截面零件的车削加工中。伺服刀架的频率响应特性,尤其是其跟踪特性和刚度特性对于实际加工非常关键,需要进行重点的研究。本文以音圈式直线伺服刀架为研究对象,以内燃机非圆截面活塞零件的加工为背景,开展了音圈式直线伺服刀架的控制器设计、刚度特性及频率特性的测试和研究,全文主要内容如下：1.进行了以音圈式直线电机驱动的直线伺服刀架的结构分析、理论建模及参数辨识。在此基础上,进行了伺服刀架的速度半闭环控制及经典PID算法的位置环控制。对速度环和位置环的可调参数分别进行优化与仿真,使得伺服刀架系统具有良好的动态特性,满足活塞加工精度的要求。2.提出了以激振器作为力施加装置的伺服刀架刚度测试系统的总体方案；对伺服刀架刚度测试系统进行了理论建模；分析了测试过程中激振器附加质量对伺服刀架刚度测试结果的影响。3.针对以激振器和伺服刀架组成的频率特性测试系统,设计了多种频率特性测试方案,并逐一进行了测试实验。测试结果表明：伺服系统的伺服跟踪频率特性较好,且与仿真结果较一致；伺服刀架刚度特性的实测与仿真结果相差较远。应用时要以实测刚度参数为准。本文在充分的理论推导、系统建模和系统仿真的基础上,对伺服刀架系统的多个频率特性进行了实际测试,测试结果可作为对活塞非圆车削误差的预测的基本依据。