复杂光学曲面有减少光学元件数量、简化光学系统、增加设计自由度等优点,已经成为光学应用领域的新趋势。但是,光学曲面的高效、高质量、低成本制造,成为复杂光学曲面广泛应用的制约。精密磨削作为光学加工过程的粗加工环节,磨削质量的高低决定着整个光学元件制造过程的工艺流程选择、制造效率、制造成本等因素。在光学制造领域,虽然磨削技术的发展时间相对较长,但随着对光学系统性能的要求不断提升,已有的磨削技术难以满足一些特殊场合的应用。面形更复杂、形位精度要求更高、表面质量要求更严格等需求,对现有的磨削技术提出新的挑战。论文以复杂光学曲面在形状公差、位置公差、损伤控制复合约束条件下的磨削加工为研究对象,深入研究实现复杂光学曲面的高效率、高精度、高表面质量磨削的关键技术。主要开展以下几个方面的研究工作:1、曲面面形精度控制技术研究。根据磨削过程的几何关系,通过磨削点法向量匹配建立曲面磨削几何模型,来准确获取曲面磨削刀具轨迹。通过分析磨削过程中,砂轮和工件相对位姿误差、砂轮尺寸及形状误差、刀具让刀等多种误差源和磨削加工误差之间的关系,进行磨削误差建模,针对不同误差模型提出对应的控制和补偿方法。同时分析了其他类型误差源的影响规律,并提出轨迹直接补偿法。相关研究结果为曲面面形精度控制提供理论基础和实现的技术途径。2、曲面位置精度控制技术研究。存在严格位置公差约束的曲面,要求其测量、评价、制造过程都要依据相应的参考基准进行。为了研究形状误差和位置误差之间的关系及评价过程的新特点,从误差修正加工量最小的角度出发,提出了最小二乘局部优化方法。曲面的形状误差和位置误差相互影响,随着匹配的最优曲面位置不同,表现出一定的变化规律。本文基于楔形透镜的磨削加工,进行了位置误差修正方法的研究,为高精度位置公差控制提供指导。3、磨削损伤控制技术研究。基于磁流变修形(MRF)斜面抛光的损伤检测方法,采用群集深度、最大深度、裂纹密度、裂纹长度对磨削过程的损伤进行表征来定量进行磨削损伤的研究。通过磨削过程理论模型,分析了磨削力和损伤的映射关系,指出实际磨削过程中,单颗磨粒的受力是决定损伤的本质因素,中高频的随机力或振动引起的力会极大增加局部损伤深度。实验研究了磨削过程中,损伤的横向分布和纵向分布规律,以及损伤深度随工艺参数的变化规律。从工艺参数的影响程度来说:砂轮粒度>单次切深>换行行距>进给速度,为工艺参数的优化提供指导。针对工艺衔接过程,研究了损伤扩展的规律,研究认为1.6~2倍初始损伤深度是较合理的去除深度。这些研究为厚度约束条件下,制定去损伤迭代磨削工艺路线提供了理论和实验支撑。4、多目标控制曲面磨削工艺路线及实验验证。根据相关的研究结果,提出实现形状精度、位置精度、损伤约束的多目标控制磨削工艺路线,并进行楔形透镜的实验磨削。磨削过程面形精度得到较大提高,同时位置误差和损伤能够控制在目标范围内,验证了本文研究结论的有效性。