随着科学的发展与社会的进步，人们对于产品的性能、外形等提出了更高的要求，因此表面形状为自由曲面的产品、模具得到了极其广泛的应用。由于自由曲面不规则变化的特点，因此获得高精度的自由曲面一直是制造业的一大难题。针对这一问题，本文以数控铣床为载体研制了一套基于磁流变力矩伺服器的自由曲面柔顺研抛工具系统。工具系统通过控制数控铣床的进给运动与磁流变力矩伺服器的输出力矩将研抛压力与研抛工具的空间位姿分成两个独立的控制过程，实现了研抛加工过程中的力-位姿解耦控制，同时利用机械腕关节来适应自由曲面的变化。文中对研抛工具的运动稳定性进行了分析并改进了其机械结构。利用动力学仿真软件ADAMS建立研抛工具的虚拟样机，并通过仿真测试验证了它的运动稳定性。文中对研抛工具与工件表面之间的弹性接触进行了建模、求解分析，并利用有限元软件ABAQUS进行了仿真实验。以Preston方程为基础研究了柔顺研抛工具系统的研抛机理并对影响研抛去除量的几个关键因素进行了分析，提出了一种恒压力研抛策略，在理论上实现了工件表面的均匀去除。在理论的基础上，利用所设计的柔顺研抛工具系统进行了研抛实验。通过实验，测试了磁流变力矩伺服器的性能，验证了研抛工具的运动稳定性，实现了工件表面的均匀去除。