进入21世纪以后,光学元件在军工、民用、医学、航空航天等领域的应用越来越多,对光学元件的精度不断提出更高的要求,制造光学元件的超精密加工技术也备受各国重视。我国的超精密加工技术虽然在几十年的研究中取得了很大的进步,但是相比于国际顶尖技术水平仍有差距,因此,进一步的研究发展拥有很大的价值与意义。确定性抛光技术需要对工件表面进行精确的抛光去除,这里涉及到抛光去除的理论分析,接触状态的分析,轨迹的规划等问题。本文主要基于微动工具系统研究计算机控制抛光技术中涉及的表面质量提高与定量去除问题,建立了抛光材料去除率模型、提出了空间曲面的行间距与弓高误差均可控的轨迹规划方法。研究的主要内容如下:1.建立了抛光材料去除率理论模型。结合接触力学推导出了抛光接触面的半轴长与压强分布的精确计算公式,再对抛光时的工具头与工件表面接触时的几何关系进行分析,得到抛光接触面的相对线速度分布模型,最后结合Preston经验方程建立了精确的理论材料去除率模型。2.分析了主曲率与抛光接触面参数之间的变化规律。通过微分几何推导出了椭球面主曲率通用的计算公式;分析了抛光接触面各个参数波动比较小且接触面比较近似圆形时,各个主曲率之间的关系和变化范围;得到了椭球面的四种类型,同时对四种椭球面进行了主曲率和抛光接触面参数变化的实例分析;通过误差计算和分析找到了合适的接触面近似半径计算公式,为轨迹规划提供了理论依据。3.分析了弓高误差对椭球面抛光时的影响关系,建立了弓高误差与步长之间的关系表达式。通过定义重叠量建立了抛光接触面半径与椭球面行间距之间的关系表达式。依据定点抛光的材料去除模型,推导出了单位长度的平均材料去除率模型。通过平均材料去除率模型的函数拟合推导出了近似最佳行间距和近似最佳重叠量的理论求解公式。提出了基于半圆迭代的改进的螺旋轨迹规划算法和改进的扫描轨迹规划算法,并可以根据要求控制行间距和弓高误差,调整轨迹点分布的均匀程度。4.通过对比实验验证了改进的螺旋轨迹能大幅降低椭球面的表面粗糙度,且抛光效果要优于等行距的螺旋轨迹;实验验证了改进的轨迹整体上可以不受椭球面类型的限制,能够大幅降低椭球面粗糙度,且轨迹走向与主曲率变化方向的一致性越高,抛光去除的效果越好,整体实验效果上看,改进的扫描轨迹要略优于改进的螺旋轨迹;还通过抛光实验验证了改进的螺旋轨迹可以小幅度降低椭球面的面型误差。