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本文针对航空零件加工，设计出了一套快速刀具伺服(FTS)系统。柔性机构由于具有高精度，无摩擦和无回退空程等优点，因此常被用作FTS的导向机构。压电驱动器因为其高带宽高精度的特点，常常被用作FTS系统的驱动器。本文首先基于弹性理论建立了快速伺服刀架轴向刚度、垂直刚度、竖直刚度和自然频率的解析模型，提出一种基于遗传算法的柔性铰链多目标优化设计求解方法，得到优化的设计参数并建立三维模型进行有限元仿真，将解析结果与有限元分析结果进行了比较。结果表明，经过优化后的伺服刀架满足轴向刚度、垂直、竖直刚度和自然频率等的设计目标。同时，为了探究所设计FTS系统的动静态性能，设计了一系列实验：包括测量铰链实际轴向刚度、一阶自然频率，探究FTS系统位移输入输出模型，同时还建立在有外载荷的情况下的输入控制电压和输出位移之间关系的数学模型。最后针对所设计柔性刀架，运用前馈控制器和反馈控制器结合的方法作为所设计刀架的控制策略，进行了控制仿真实验和在车床上切削加工试验。