精密光学元件的设计、制造和应用技术一直是每个国家先进科学技术的重要组成部分,是一个国家科技水平的代表之一。无论是航空航天、国防军事、核能利用等尖端技术的发展；还是普通办公、民用产品的开发，精密光学技术都在其中扮演着重要角色。单点金刚石超精密车削加工是光学元件加工技术中的重要一员。使用金刚石车削加工光学表面能够在一道工序中完成加工。由于不需要二次装夹，避免了由于加工基准变化造成的误差，易于实现最终加工需要的形貌精度和表面质量。近年来光学元件的发展经历了从球面到非球面，再到非轴对称曲面，一直到无解析表达式的自由曲面。非轴对称的光学表面无法使用传统金刚石车削技术制造。为此人们开发了多种与非轴对称曲面加工相适应的技术和设备。快刀伺服（Fast Tool Servo,FTS）是其中的一项重要分支。快刀伺服是在普通超精密金刚石车床上，增加能够实现高频往复运动的伺服装置。使得刀尖除了跟随原有车床运动之外，还能同步进行根据主轴转角或时间变化的X或Z轴方向的高频响运动。目前已知的各种FTS大都采用单自由度的型式，即或者在机床X轴方向或者在Z轴方向增加一个高频运动的附加轴。为了进一步提升FTS的性能，论文中研制了一种能够同时在机床的X轴和Z轴方向实现高频运动的双自由度FTS（2Degree Of Freedom Fast Tool Servo,2DOF-FTS，）。论文中设计的双自由度FTS利用并联机构将两个对称的单自由度FTS连接在一起，通过运动轨迹的规划使2DOF-FTS能够加工大于每路单自由度FTS行程限制的工件；或者从另一个角度讲，能够通过这种轨迹规划降低对FTS行程的要求，从而增加做动器的频率响应裕度。作者针对两自由度快速刀具伺服技术以及高频响做动器设计制造技术，进行了深入研究。作者首先对变磁阻法向电磁力驱动的FTS电机进行了研究，并设计制造了样机。研究了这种电机的驱动原理和电机各项参数的确定方法，为今后类似需求的电机设计提供了理论依据；设计并制作了这种电机的模拟电子功率放大器，对功率放大电路的各个组成部分的参数选择进行了分析；给出了所设计电机的耦合感性负载的解耦方法。实验结果表明，本文所设计电路采样频率达到1MHz，满足2DOF-FTS的工作要求。然后分析、设计并制造了并联形式2DOF-FTS的传动机构。分析了该机构的运动特点以及2DOF-FTS的运动耦合问题；对该传动机构分别进行了多刚体动力学和多柔体动力学分析，通过对比分析机构柔体变形对机构运动和驱动的影响，为进一步简化和减轻机构惯量给出了理论依据。在所研制的2DOF-FTS样机基础上，作者针对2DOF-FTS的特点，提出了特殊的刀具轨迹规划方法。根据2DOF-FTS的运动特点，针对几种非轴对称曲面，分析并设计了刀具运动轨迹。研究了2DOF-FTS刀具轨迹规划的方法特点以及这种方法带给2DOF-FTS加工非轴对称光学曲面的优势。结果表明，使用2DOF-FTS对部分类型非轴对称曲面进行加工，最大能够获得将近240%的加工行程的提升。最后为2DOF-FTS设计了控制方案。通过建立和分析2DOF-FTS的机械结构和驱动电路的自动控制数学模型，结合控制器与传感器的分析和建模，设计了2DOF-FTS的自适应模糊滑膜变结构控制方法。仿真结果表明，这种控制方法基本没有超调，跟踪精度满足要求，相对其它常规控制方法明显提高了控制性能。