随着现代空间光学技术的发展,超精密、大口径、复杂面型的光学元件在光学系统中被广泛应用。计算机控制光学表面成型技术、应力盘加工技术、气囊抛光技术、磁流变抛光技术、离子束抛光技术等已成为现代光学加工的重要手段。为获得超精密光学元件通常需要进行切割、铣磨、抛光多步完成,其加工流程繁琐,加工效率低。计算机控制小工具研抛技术在当前光学加工的研磨和抛光中占一席之地,其压力是磨削和抛光过程中重要的状态参数之一,压力的改变对工件形状精度和面型精度都有非常大的影响。目前对压力控制尚未有成熟控制技术手段,为满足光学元件快速增长的需求,在保证相同面型精度的同时,提高加工效率是当务之急。球形公自转抛光技术能够大幅提高加工时的材料去除效率,但此技术无论在理论、结构以及加工工艺都还处于起步阶段。为此本文深入研究球形公自转抛光技术去除函数理论,设计一款具有结构简单、高响应、高精度压力系统的球形公自转抛光工具,同时开展抛光工艺试验,为球形公自转抛光技术投入工程化使用奠定基础。本文的主要研究工作如下:(1)结合运动学和Preston方程,建立球形公自转抛光工具的去除函数理论模型,仿真不同条件下理论去除函数形状,确定球形公自转抛光工具公、自转比范围。深入分析去除函数的稳定性、高效性。(2)从复杂面型抛光工具的性能要求着手,设计一款满足性能要求的具有结构简单、高响应、高精度压力系统的球形公自转抛光工具机械结构。并采用ANSYS软件对其进行动静态分析。(3)结合电学与自动控制原理建立音圈电机控制数学模型并给出传递函数关系式。设计并搭建音圈电机压力控制实验平台,验证音圈电机的高频特性和力输出稳定性。(4)搭建球形公自转抛光工具试验样机,在试件上进行加工工艺实验,研究该样机的去除函数和去除函数的稳定性以及抛光参数(抛光压力、磨头转速)对材料去除结果的影响。最后采用该样机加工一块全口径碳纤维瓜瓣工件,验证该样机在光学加工领域的有效性。