超精密加工技术是获得高形状精度、低表面粗糙度的关键技术，超精密金刚石车削已广泛地用来进行具有亚微米级形状精度、纳米级表面粗糙度的表面的加工。但超精密加工是一种复杂的加工过程，满足要求加工表面的获得需要“加工—检测—再加工”的多次反复才能得到。而且由于超精密加工系统不可避免地存在多种影响已加工表面形状精度和表面粗糙度的因素，这些因素自身具有一定规律性，以其固有的规则对表面加工质量产生影响。一方面，可对某些影响因素进行误差建模，通过误差补偿提高加工精度；另一方面，通过研究加工条件与加工结果之间的关系，为加工条件的优选提供依据。超精密加工策略的优化是一个研究课题。虚拟制造通过对制造知识系统化的组织与分析和对整个制造过程的建模，在计算机上设计、评估和仿真制造活动，通过用制造模型来描述制造的全过程，在实际的物理制造之前能够预测产品性能并对制造过程进行评价和优化。虚拟制造为研究超精密加工提供一个数字化的工具，并成为超精密加工的一个研究手段。 本文在查阅大量文献的基础上，分析了影响超精密加工精度的因素，综述了对提高加工精度和降低表面粗糙度的研究现状。而且，通过简述虚拟制造的内涵及其应用意义，对虚拟制造在超精密加工研究中的应用进行了概述和总结，提出了研究内容。 根据数字化超精密加工系统的功能需求，建立了面向加工过程优化的数字化加工系统体系结构，针对虚拟加工过程和检测过程建立了功能模块结构和数据流。并且面向开发通用数字化设备模型，对设备模型的组成和建模过程进行了研究。 工件模型是整个系统实现和集成的基础。针对车削工件的几何造型特点和加工成形特点，提出了轴半剖面多边形(GeneratorPolyhedronRepresentation，GP-Rep)表示法，并详细讨论了其实现算法。为了表示仿真中的精度数据和提高仿真速度，提出了刀具轨迹的表示法(ToolLocusRepresentation，TL-Rep)，按刀具轨迹管理精度数据，并根据工件模型提供的信息讨论了虚拟表面的建模。 为了提高加工精度，本文在分析加工系统误差源的基础上，利用多体模型建立了机床的运动误差模型，为误差预测和补偿提供理论依据。当超精密车削晶体材料时，介绍了因波动的切削力而导致的刀具-工件间的相对振动和加工系统动态误差模型。 针对虚拟制造技术在超精密加工研究中的应用前景及其优势，研究了面向超精密车削加工的数字化加工系统的开发。首先针对超精密车削的典型应用——光学产品的加工，从产品开发的角度建立了虚拟超精密加工系统VMIS的体系结构；随后对VMIS的两个主要功能模块虚拟加工模块和虚拟检测模块及其相关内容进行了讨论；最后讨论了残余形状误差的补偿。 本文最后针对数字化超精密车削系统的不同应用目标，应用开发的数字化超精密加工系统，分别进行了对刀误差对形状精度的影响预测和加工误差补偿对比实验，证明了数字化超精密车削系统的实用性。