随着制造业行业的高速发展,产品结构可以通过使用自由曲面进行优化,可极大的提高产品性能,降低制造复杂性,减小重量并缩小产品尺寸。因而以自由曲面为特征的产品越来越广泛的应用于工业领域。然而,由于几何的特殊性,自由曲面在精密制造中面临着更多的挑战和困难。抛光通常是精密制造的最终加工步骤之一,其结果直接影响零件的外观和寿命,所以表面质量对于实现目标功能起着越来越重要的作用。为满足自由曲面的表面质量需求,越来越多的人将小型磨具应用在自由曲面的抛光当中。由于小型抛光工具的抛光路径对表面去除区域影响很大,因此研究自由表面抛光路径以获得良好的抛光效率和良好的表面质量是非常必要的。而且高精度的超精密加工虽能获得极高的表面质量和表面完整性,但以牺牲加工效率为保证,所以探索能兼顾效率与精度的加工方法已成为该行业研究人员的目标。由于弹性磨具是由磨具表面较软的磨料小颗粒对工件表面残留峰进行挤压,与工件表面接触良好,可有效降低硬质合金表面损伤、提高材料去除率。针对这一现状,本文将小型弹性磨具应用于抛光当中并结合以方便非相关专业工程人员通过简单的数值输入来控制高精度的抛光机械为工程背景,结合“PC+运动控制器”的控制方案,通过Preston材料去除公式,建立了小抛光工具在恒定抛光力和压力控制下的材料去除区域模型,以二次回转非球面为例,针对所需抛光工件的面型,对最为常用的光栅轨迹进行了仿真分析,并利用材料去除覆盖区域,建立了基于光栅抛光路径的椭圆曲面最优路径生成算法。最后将算法在SIMOTION上进行实际应用,以SIMOTION C240为控制核心,利用Win CC软件与上位机通讯并开发了相关人机界面,并利用西门子Scout软件完成运动控制程序的编写,实现了相关算法的轨迹运动控制。相比于全软件控制的数控系统,以SIMOTION为核心的运动控制系统运行稳定,标准的控制模块极大减少了编程时间,大大提高了工作效率,降低了设备成本。最终系统经安装与调试,并对各运动轴的同步控制精度和优化后的椭圆表面抛光轨迹进行相关的实验验证。结果表明,SIMOTION运动控制系统的控制精度达到工程要求,并证实了算法的正确性,工件表面效果较常用光栅轨迹得到了明显改善,得到了具有镜面效果的曲面工件。