光学自由曲面又名非回转对称光学曲面。随着光学自由曲面的广泛应用,高质量光学自由曲面的加工需求日益增加。为满足光学自由曲面加工,本课题设计一种长行程快刀伺服装置,通过对快刀伺服装置的结构、动力学特性和实验进行分析,对提高快刀伺服装置的开发、精度具有重要的实际工程意义。主要研究内容包括:在查阅大量参考文献的前提下,针对快刀伺服加工的关键技术分析,根据FTS的加工特点对FTS的加工问题进行讨论,从驱动方式、导向结构的对比中选出“音圈电机+气浮机构”的组合形式;结合气浮导轨和气体静压的工作原理,采用多孔质节流器设计气浮导向机构,根据设计要求和实际情况选择方形闭式多孔质静压导轨的机构形式,确定气浮导向机构的尺寸;运用ANSYS Workbench仿真软件对气浮导向机构进行静力分析,分析系统固有频率,避免FTS产生共振;最终完成包括音圈电机、导向机构、限位装置、位移检测在内的FTS安装与调试。根据FTS结构特点,基于子结构法,结合拉格朗日理论建立了FTS的理论动力学模型;将SolidWorks模型导入Adams中,添加质量、约束条件等,建立等效动力学模型,分析系统模态,应用解析方法求解系统固有频率,为FTS动态特性分析提供参考。设计和研制了快刀伺服装置,选择ACR9000运动控制器、Copley驱动器、雅科贝思音圈电机、雷尼绍光栅尺完成了FTS控制系统平台搭建;完成上位机软件设计、驱动器的参数设置、PID整定,并进行重复定位精度测试。通过实验分析,结果表明误差平均值控制在微米级,设计的结构稳定性好,为快刀伺服系统的开发提供了参考和依据。