光学自由曲面可以简化光学系统结构，提高光学性能，降低成本，在微电子、航空航天、通讯等领域应用广泛。金刚石车削加工方法，如慢速溜板伺服和快速刀具伺服加工方法，是常用的光学自由曲面加工方法。刀具路径规划对于加工效率及加工曲面的表面质量有重要影响。好的刀具路径规划方法应当计算速度快，加工效率高且表面质量好。本论文研究了金刚石车削等残高刀具路径规划方法，可以在满足表面质量要求的前提下提高加工效率。论文总结了常用的光学自由曲面及其表达式，介绍了常用金刚石刀具的几何形状。为避免刀具路径规划中，由刀触点求解刀位点时复杂的刀具前角补偿计算，提出了刀具切削刃向刀具基面投影，将非零前角刀具近似为零前角刀具进行计算的方法。随后，分零前角圆弧刃和零前角椭圆刃两种情况，研究了等残高刀具路径规划算法。论文提出了极坐标网格化时的表面残高仿真算法和表面形貌仿真算法。并分别按照等残高算法时的平均进给量和达到表面残高允许值时的进给量两种情况，计算恒径向进给算法的刀具路径和残高形貌，与等残高算法进行对比分析。随后将各种算法时的表面形貌进行二维小波分析，提取出表面粗糙度误差成分并重构得到粗糙度表面，进行对比。通过刀具路径规划得到的离散点所组成的微小直线段刀具路径，刀位点数量大，加工时间长，影响加工质量。将离散刀位点拟合为NURBS曲线可解决这些问题。论文介绍了NURBS曲线拟合的基础知识，选取了合适的刀位点参数化方法和节点矢量算法。提出了金刚石车削刀具路径的分段NURBS曲线拟合算法。该算法将并使相邻两段首尾相接，固定每段拟合的控制定点数目，根据拟合精度要求调整每段拟合的刀位点数目，以使最终得到的刀位点数目最少。最后，采用该算法对等残高算法得到的刀具路径进行NURBS曲线拟合，验证了该算法的有效性。