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国防、能源、航天等领域对光学自由曲面的需求增长的同时，对其形面要求也更加复杂从而实现特殊的光学性能要求。超精密加工技术在加工具有光学性能的自由曲面方面具有独特的优势，其中基于快速刀具伺服技术的单点金刚石车削技术在加工光学自由曲面时速度快、精度高，具有广泛的应用前景。但是据查阅资料表明目前缺少行程适中且带宽较大的成熟的快速刀具伺服系统(FTS)，并且缺少可靠的FTS路径生成算法及轨迹插值算法，限制了FTS技术的进一步发展。本文研究的快速刀具伺服系统基于麦克斯韦电磁正应力原理，具有行程适中、带宽大的特点，本文根据其特点进行了加工实验验证。论文讨论了麦克斯韦电机驱动的快速刀具伺服系统(MNM-FTS)的电磁、机械以及动力学原理分析、系统的优化模型、驱动控制器的设计以及FTS的路径生成算法。论文在以下方面开展了深入的研究工作：1.针对目前MNM-FTS缺少全带宽驱动模型的问题，本文基于磁路设计原理、静力学原理以及动力学原理，首次提出了麦克斯韦电机的电磁-机械-动力学全带宽模型，并表征了电机驱动电流的幅值和频率等与驱动力、位移响应等之间的关系。2.基于建立的麦克斯韦电机的模型，首次提出了麦克斯韦电机的多目标非线性优化模型，模型重构后采用序列二次规划算法求解，求解后得出符合优化目标的电机的设计参数，完成了电机的设计及有限元分析验证。提出了MNM-FTS的通用设计方法。3.设计了双环反馈的线性功率放大器作为驱动电源，以及基于DSP为运算核心的控制器，并采用自适应前馈控制的PID控制算法实现系统的有效控制。4.本文提出了一种基于平滑分解法及曲率相关插值法的快速刀具伺服系统路径生成算法，可以有效提高系统的加工精度，避免加工复杂形面时产生滑板及FTS阶跃响应复映导致的加工缺陷，扩展了FTS可加工曲面的矢高差。5.研究了轨迹生成控制器中适用于规律点以及散点的实时生成控制点的轨迹插值算法，实现了麦克斯韦电机驱动刀具伺服系统与超精密机床的联调，并进行了平面和自由曲面的加工测试。优化设计的麦克斯韦电机驱动的快速刀具伺服系统理论最大加速度可达6295.589m/s2，一阶共振频达3.2kHz，闭环响应频率达3kHz，行程达48μm，加工自由曲面PV值可降低到0.5μm，表面粗糙度Ra可达17nm。