微结构表面光学元件在军事、航天、能源等领域有广泛的应用,是光电子系统中的核心元件。传统的多轴铣削难以满足加工精度且效率低,其它的新型加工方法也存在着各种不足。而使用超精密车削加工技术可以直接车削加工出纳米级精度的微结构表面,因此有必要对超精密车削加工中的一些关键问题深入研究。本文主要研究快刀伺服刀架(FTS)的控制及微结构表面轨迹的规划。快刀伺服刀架是加工微结构表面的关键,它决定了系统可以加工的微结构表面的复杂程度和加工后的表面精度,所以FTS必须要能够实现高频率和高精度的进给。由于刀架的核心部件压电陶瓷具有迟滞特点,极大增加了FTS的进给误差,因此本课题对压电陶瓷建立了Preisach模型及其逆模型,并且对模型进行了测试。以此模型为基础,建立了反馈控制的PID复合模型。通过编写UMAC的底层伺服控制算法,实现了对快刀伺服刀架的精确控制。微结构表面大体上可以分为两类,一类可以用统一的函数表达式来描述,另外一类则不能,其中的代表是阵列型表面。本文设计了用于加工四边形和六边形阵列表面的轨迹规划算法,并进行了仿真和实验加工,证实了算法的正确性。传统上规划微结构表面加工刀位点位置时,均采用离线计算,即将刀位点数据下载到UMAC中。然而,为了使加工出的微结构表面更加精确,就需要更多的刀位点数据量,会受到UMAC内存容量的限制。为此,本文研究了在线的刀位点计算和补偿算法。为了方便UMAC加工时在线计算,加快计算速度,设计了Hermite插值算法用以近似求解刀具补偿量,并分析了相关参数对近似结果的影响,结果表明该方法稳定性好,精度较高。加工微结构表面时,各轴运动速度的选取会受到一些特殊的限制,本文分析了相关的约束条件,给出了各轴速度确定的流程。此外,本文还开发了用于微结构表面加工的数控系统,集成了微结构表面的轨迹规划、刀具参数计算、加工运动参数计算和车床监控等功能。最后,通过实验验证了所开发的算法的正确性。