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自由曲面对光学零件的光学性能、简化光学系统等方面有很大的改善作用，广泛应用于航空航天、军事国防、生化医疗以及能源等领域。在光学自由曲面的加工技术中，基于快速刀具伺服的金刚石车削技术具有高效率、高精度、和柔性好的优点，被国际学术界和工业界普遍认为是一种最有发展前途的光学自由曲面创成方法。近年来国内外学者针对单自由度直线式和两自由度快速刀具伺服装置的研究很多，并且取得了丰硕的成果。然而，少有针对于三自由度快速刀具伺服装置的研究，这就限制了快速刀具伺服装置的发展和应用推广。 本文对一种三自由度串联式快速刀具伺服装置进行研究，主要工作如下： 1.首先确定了三自由度串联式快速刀具伺服装置的设计要求，从总体上对三自由度串联式快速刀具伺服装置进行空间布局设计，阐释了三自由度串联式快速刀具伺服装置的工作原理；对三自由度串联式快速刀具伺服装置进行了总体设计，对X、Y、Z三个方向的柔性铰链进行了详细设计。 2.针对三自由度串联式快速刀具伺服装置中柔性铰链导向机构设计，提出了基于遗传算法的柔性铰链参数优化方法。首先，根据三自由度快速刀具伺服装置工作中的运动特征，建立了动力学模型；然后根据在精密加工过程中柔性铰链作为三自由度快速刀具伺服装置导向机构应具备的要求，建立了使三个方向柔性铰链刚度最大的目标函数以及约束条件，最后运用遗传算法优化设计柔性铰链，得到最优柔性铰链结构参数。 3.运用ANSYSWorkbench对压电陶瓷驱动器进行了压电耦合仿真分析，然后对三自由度串联式快速刀具伺服装置进行了静力学分析、动力学分析，仿真结果表明满足设计要求。 4.搭建三自由度串联式快速刀具伺服装置的测试平台，通过实验测试得到三自由度串联式快速刀具伺服装置的X轴、Y轴、Z轴三个方向的柔性铰链刚度、最大输出位移量、运动分辨率。 本文针对于三自由度串联式快速刀具伺服装置进行了结构设计、柔性铰链尺寸参数的优化、三自由度串联式快速刀具伺服装置的仿真分析以及实验测试，测试了该装置柔性铰链刚度、最大输出位移量、分辨率的性能，实验表明满足设计要求。