随着现代精密光学加工、测量技术的进步,可以实现特殊光学效果的微结构阵列在光学设计的过程中扮演着日益重要的角色。集成快速刀具伺服技术的单点金刚石车削可实现高精度、高表面质量的加工效果,其响应速度高、刚度大、定位精度高,是经济有效地加工微结构阵列的最有前途的技术之一。然而现阶段国内外成熟快刀产品仍然很少,原因在于目前只有以压电陶瓷作为驱动器才有可能实现微结构阵列的高效加工,但一方面,一般压电陶瓷十数微米甚至更低的行程无法满足光学设计对微结构尺寸日益增长的需求,另一方面,压电促动器严重的非线性问题在高频工作条件下仍缺少合适的控制方法。因此,研究压电陶瓷驱动的大行程快速刀具伺服系统有着十分重要的意义。本文通过对比国内外此类快刀的科研成果与产品,选择其中的关键技术加以研究,自主设计了一套具有位移放大结构的双压电陶瓷驱动的快刀装置,搭建了相应的控制系统并进行了开环前馈控制算法的研究。在此基础上,通过微透镜阵列加工实验验证了快刀系统的加工能力,检验了本文理论研究的正确性。本文主要的研究工作包含以下几个方面:首先,比较了不同压电陶瓷布置形式下相应的振动系统特性,确定快刀装置的基本组成结构,通过有限元仿真分析设计了位移放大结构,匹配合适的压电促动器。建立运动学模型分析快刀的摆动运动影响,给出了相应解决方案并使用正弦驱动信号检验了该装置的输出情况。其次,根据实际功能需求设计上位机控制软件,基于单片机开发了快刀装置的驱动器,搭建了可与数控机床交互的快刀控制系统并进行相应测试。针对加工微结构阵列对应的特殊周期性驱动信号,设计了开环的前馈控制算法校正压电促动器的非线性,并通过实验测试其校正效果。最后,一方面通过研究振动切削微透镜阵列的几何原理,完成了微结构加工的理论计算。另一方面,通过空载实验明确了各控制参数对快刀性能的影响,测试了快刀的工作极限。在超精密车床上加工了柱面微透镜阵列,检测结果验证了该快刀系统的加工能力。