纵观国内外现有的自动化研抛技术研究与设备研制,无论是机器人还是数控机床对于研抛过程中的运动控制技术都比较成熟,而对于曲面研抛的力/位混合伺服控制所必需的核心技术—主动柔顺控制技术,虽然得到了先进计算方法和现代控制理论的支撑,但很多仍处于理论研究和仿真阶段,部分见报的研究成果,由于其控制策略较为复杂,对于曲面研抛的力/位混合伺服控制,仍然难以胜任。针对以上问题,本文研制了一套基于气压传动装置的自由曲面柔顺研抛工具系统,能与数控铣床相集成,通过数控铣床对自由曲面的变化轨迹进行精确进给位移伺服,用气压传动装置准确控制任何姿态下研抛工具头与工件表面之间的研抛压力,从而实现了对研抛加工过程的力-位-姿解耦控制。通过对工具系统的结构分析,以几何方法建立了研抛头摆角的数学模型;在确定设计变量、建立目标函数、确定约束条件后,得到了研抛头摆角的优化设计模型;利用MATLAB编写了优化求解程序并进行了计算求解,得到了工具系统自适应角度的最优解,使得工具系统具有了更好的自适应能力。通过MATLAB系统辨识工具对研抛力控制系统进行模型辨识,推导了系统的传递函数;在MATLAB/Simulink中建立了控制系统的传递函数模型,通过对控制系统的性能分析,运用临界比例度法和试凑法设计了PID控制器;并利用Simulink对无PID控制和PID控制下系统的阶跃响应性能进行了仿真实验,使得系统的控制性能得以明显改善。基于Lab VIEW数据采集系统,搭建了工具系统的实验研究平台。测量了研抛过程中的法向力、切向力;研究了不同参数下的摩擦系数变化情况,重新演绎了基于Preston方程的研抛去除机理。