随着科学技术的不断发展,空间光学、天文光学、惯性约束聚变以及极紫外光刻等高技术领域对光学系统的要求不断提高。光学元件作为光学系统中的关键零部件,其表面的不同频段误差会不同程度地影响光学系统的性能。为满足光学元件表面全频段误差可控加工需求,各种不同原理的光学加工方法层出不穷,并不断地向着高效率、高精度和高加工表面质量等方向发展。本文综合磁流变抛光和小磨头抛光技术的技术优势,提出了盘式磁流变抛光方法,并对其关键技术开展相关研究,以满足高精度光学元件对新抛光方法的迫切需要。本文主要围绕盘式磁流变抛光装置的设计与性能优化、抛光机理及数学模型、分别以“高效率”和“高表面质量”为目标的工艺参数优化、面形误差快速收敛和表面质量快速提升等方面开展相关的理论和实验研究。研究为光学镜面的高效率和高表面质量加工提供了新的方法和途径。具体内容包括以下几个方面:(1)盘式磁流变抛光装置设计及性能优化。在对盘式磁流变抛光系统整体设计的基础上,从提高材料去除效率、简化结构并降低成本等方面出发,完成了永磁式励磁装置的设计,使之能形成高梯度磁场。采用有限元分析方法对励磁装置的周围磁场进行磁静态仿真,并对励磁装置的结构参数进行多目标参数优化研究,从而完成了抛光区域磁场分布的优化。(2)盘式磁流变抛光材料去除效率研究。分析了盘式磁流变抛光材料去除机理,基于磁流变液与工件表面之间的正应力和剪切应力分析,建立了盘式磁流变抛光去除函数数学模型。研究了关键参数对材料去除效率及其稳定性的影响规律,确定了高材料去除效率对应的最优关键参数。采用MATLAB仿真加工方法研究了材料去除效率稳定性对光学镜面面形误差收敛效率的影响规律。(3)盘式磁流变抛光表面质量研究。分析了盘式磁流变抛光盘与工件表面之间的相对运动轨迹以及表面形貌的形成机理,建立了表面粗糙度预测数学模型。以此为基础,对给定初始表面的表面轮廓演变过程进行仿真计算。研究了关键参数对表面粗糙度的影响规律,确定了高表面质量对应的最优关键参数。采用最优关键参数对K9玻璃、单晶硅和熔石英等材料进行盘式磁流变抛光,研究了抛光前后表面粗糙度、表面元素含量以及表面光热弱吸收水平的变化规律。(4)盘式磁流变抛光加工实验验证。在前述研究的基础上,开展了面形误差的快速收敛和表面质量的快速提升实验。分析了去除函数的修形能力,并开展了基于面形滤波工艺的Ф350 mm K9玻璃表面迭代加工实验。开展了Ф100 mm单晶硅表面均匀抛光实验,并研究了抛光前后表面形貌的演变规律。通过抛光加工实验,综合验证了本文的研究结论。