大口径光学系统在天文及国防领域具有广泛的应用,其因具有更高的角分辨能力,更强的能量收集能力等特点是目前国内外光学加工机构研究的重点。大口径光学反射镜是系统的核心器件,国外已实现?8m量级反射镜的加工,国内正在进行?4m量级SiC反射镜的加工,而且正在向更大尺寸的光学反射镜迈进。中小口径的光学反射镜的加工普遍采用计算机控制光学表面成型技术(Computer Controlled Optical Surfacing,CCOS),该技术以小磨头技术为代表,随着技术的发展,融合了更多的加工手段以适应更广泛的加工需求。尽管CCOS技术在中小口径光学反射镜的加工上已经比较成熟,但当其应用在大口径光学反射镜的加工中时,我们发现诸如工艺路线及去除函数稳定性、边缘效应以及光学加工中心等加工过程中的关键技术极大的限制了大口径光学反射镜的加工收敛效率。因此,本文提出了通过工艺实验及分析提高粗抛光阶段去除函数稳定性及修正工艺参数关系、利用运动合成叠加实现复合运动主轴抑制边缘效应、设计并研制高效多工位的三角机光学加工中心来提高大口径光学反射镜的加工收敛效率。本文在实验室已有的工作基础之上,主要在以下三方面开展了相关的工作:一、针对现有工艺方法在加工大口径反射镜时收敛效率及确定性不高的情况,搭建了工艺参数实验平台,以实验室采用的平转动去除方式为基础,着重解决工艺稳定性对收敛效率影响最大的粗抛光阶段。首先探讨了基于矩阵离散化运算的仿真收敛算法可以实现将实际去除函数引入算法,在算法角度提高了仿真计算与实际加工的一致性,从而为提高收敛效率提供了算法保障。其次从磨盘结构、参数线性度、磨料等角度为主要方向研究了工艺参数对去除函数稳定性的影响。利用合理的参数配置得到了高确定性、高稳定性的高斯型去除函数。基于改进工艺手段进行了加工实验,在不考虑边缘效应影响的前提下,对一?100mm子孔径区域进行收敛,经过一轮48min加工,从rms?0.079?(??632.8nm)收敛至约1/30?,单次收敛效率高达58%,仿真计算与实际加工结果具有高度一致性;在此基础上对一?800mm的大口径离轴抛物面进行全口径加工收敛实验,经过一轮加工,rms收敛效率达34%,高于仿真计算结果的22%,对比仿真结果与实际加工结果,二者差别集中在边缘区域。通过实验验证了基于实际去除函数的算法在中心区域收敛的高效性同时,也验证了改进工艺方法的高稳定、高确定性;同时引出了边缘效应问题解决对提高大口径光学反射镜收敛效率提高的急迫性。二、本文针对现有边缘效应研究集中在边缘塌边的预测及数学描述的问题,提出在保持平转动高斯型去除函数高体积去除率的优点基础上,通过运动合成使去除函数峰值去除率偏离中心,重新分布能量使其向边缘处的移动,从而使磨盘伸出反射镜边缘的距离还未产生塌边即可实现去除函数峰值已伸出反射镜边缘,从而在真正意义上实现了边缘效应的抑制。通过仿真计算收敛验证了hz-尖刀去除函数对收敛算法的提升,从而表明该理论对大口径光学反射镜具有边缘效应抑制的能力。在理论设计及控制方式设计的基础上,利用复合运动主轴及跟随运动控制算法实现了hz-尖刀去除函数,并通过去除函数实验验证了该去除函数的存在,由于实际物理平滑作用的存在,实际得到去除函数比理论设计更加适合工程应用,将实测去除函数引入算法矩阵,通过对一300mm?150mm矩形sic反射镜的边缘去除实验结果发现,hz-尖刀去除函数作用下的边缘加工,没有产生诸如翘边、塌边等边缘效应问题,与预期的加工结果高度相似,因此验证了hz-尖刀去除函数对边缘效应的抑制能力。三、在获得稳定的工艺及分系统主轴的基础上,设计并制作了三角机光学加工中心,该加工中心具有三工位设计,最多可承载10轴的矢量进给运动。基于该加工中心,提出了一套大口径非球面镜加工模型,每个工位只需利用两个转动轴即可实现大口径非球面镜的遍历加工,同时加工工位与检测工位可以互换,节约成本的同时提升了大口径光学反射镜的加工效率。分析了三角机光学加工中心的适用性,提高了其在单一设计工作角度下的可加工范围;同时提出了简便、高效的零位标定方法。为了验证加工模型的可行性,结合工程实例,利用该加工中心对一口径为1450mm的离轴抛物面SiC反射镜进行了加工,实验结果表明,经过一轮迭代加工后,反射镜面形结果由PV?3.441μm、RMS?0.5203μm收敛到PV?2.637μm、RMS?0.2962μm,RMS收敛达43%。验证了模型的精度及可行性。