本文以两自由度快速刀具伺服装置的服役性能(工作性能)为研究方向,以最受关注的柔顺结构导向压电致动型快速刀具伺服装置为具体研究对象,设计了一种串联两自由度快速刀具伺服装置,通过理论分析、仿真分析及试验研究讨论了从快读刀具伺服装置的设计中保证工作行程、工作频率、疲劳寿命等服役性能;分析了接触部是否会发生动态脱离、接触部接触情况对FTS工作行程、工作频率的影响;研究了FTS的柔顺导向结构的加工误差、装配误差等对其运动精度的影响。本文主要研究内容与结论如下:(1)柔顺导向结构的设计是FTS装置的设计的一个重要工作,柔度矩阵模型法是研究柔顺结构的一种有效准确的方法。本文引用最新的研究成果并结合相关知识对柔顺结构的柔度矩阵建模方法进行了详细介绍,并给出了一般串并联柔顺结构柔度矩阵的准确计算公式及经过校核的基本柔顺结构单元的柔度矩阵。利用柔度矩阵建模可以得到柔顺结构压电作用处的输入刚度与柔顺结构基本尺寸参数的关系,从理论上进行柔顺导向结构的设计。(2)在FTS行程设计时考虑接触刚度的影响,引用任意曲面接触变形计算公式给出了考虑接触刚度的FTS行程设计公式。通过接触有限元仿真,发现在接触刚度较大时,两者接触刚度值基本一致。通过试验发现,实际行程也与设计行程相近,该计算方法可以用于行程设计。为减小由于接触刚度而导致的行程缩小,将柔顺导向结构与球头压电致动器的接触部处设计成凹圆柱面,这样就从平面球面接触变成了圆柱面球面接触,显著提高了接触刚度,减小了行程损失。并分析了预紧力对接触刚度的影响,根据接触刚度与接触力曲线合理确定预紧力。(3)通过有限元谐响应仿真分析了压电球头与柔顺结构的接触部在动态力作用下是否会发生接触分离,发现FTS装置在运动方向的共振频率主要受整个装置的整体模态的影响,而不是单独柔顺结构的模态。当工作频率超过柔顺结构在运动方向上的最低共振频率时,接触部可能发生动态脱离,相反则不会发生动态脱离。总结起来,提高FTS装置的在运动方向的整体刚度,包括压电的刚度、接触部的刚度、柔顺机构的刚度,有利于提高FTS装置运动方向的共振频率,从而提高柔顺机构在运动方向的共振频率,有利于提高FTS装置的工作频率,避免发生不稳定的动态脱离。(4)将FTS柔顺结构的正态分布加工误差及装配误差代入其柔度矩阵模型,得到了直板形对称双四连杆柔顺结构的加工误差与运动误差的关系、以及运动方向恒刚度时运动精度与基本尺寸之间的关系以及装配误差与运动精度的关系。通过对加工误差与运动精度的灵敏度分析,发现直板形柔顺铰链的厚度公差对运动精度的影响最大。为了验证分析的正确性,利用ANSYS workbench的灵敏度分析模块进行了有限元灵敏度分析,分析结果与文中理论分析结果一致。