目前以数控加工为代表的柔性加工手段日趋完善,已经基本实现了自由曲面的自动化形状加工。由于诸多加工技术本身的局限性,其研磨、抛光等光整加工工序,仍主要依赖手工操作完成,这一过程费时费力,效率低下,并且难以获得高质量工件表面。因此,研究开发新的自由曲面自动化研抛设备与方法,代替传统的手工作业,具有显著的意义。本文通过研究自由曲面四坐标柔顺精密研抛的成型过程与机理,建立了一套新型的、以数控铣床为载体的自由曲面四坐标柔顺研抛工具系统。该工具系统可以在不干涉数控铣床正常工作的前提下,将研抛压力与工具位姿进行空间解耦,分解成研抛压力和工具位姿两个子空间进行分别控制,实现了对研抛过程中的力/位同步混合控制。同时,腕关节机构的设计,使得工具系统可以适应自由曲面曲率的变化。文章中详细分析了工具系统的工作原理,建立了工具系统的ADAMS虚拟样机,在三种不同的曲面工件模型(正弦曲面、椭球面以及普通自由曲面)上,对工具系统的曲面自适应性进行了仿真分析研究。根据工件表面的形状对加工过程中刀具轨迹进行了求解,对加工轨迹进行了具体规划,同时利用Mastercam软件生成加工过程的数控代码。通过工具系统与机床集成搭建了曲面研抛的数控实验系统平台,利用LabVIEW软件编制了数据采集和研抛压力控制程序。对不同轮廓形状的自由曲面工件(平面与凸面)进行数控研抛实验,验证了工具系统对自由曲面工件具有良好的自适应性,加工过程中研抛压力具有较好的稳定性。