非球面等光学元件具有诸多优良特性而一直是光学领域关注的重点,在军用装备、航空航天等领域均具有广泛的应用,进一步提高非球面光学元件的加工精度及效率具有重要的现实意义。光学元件的制造通常遵循磨削成型、研磨、抛光的工艺流程,加工周期长,难以适应现代光学系统的短流程快速制造需求,主要原因是磨削成型残留的加工误差造成后续的研磨和抛光时间较长,如何实现亚微米级精度的超精密磨削是解决这一问题的关键技术。本文从影响超精密磨削的主要误差源入手,分析了机床空间运动误差、砂轮轴回转误差、砂轮对中误差、磨损误差等对加工精度的影响规律,提出了优化的工艺方案,并在典型样件上实现了亚微米面形精度的磨削目标。论文主要研究内容包括:(1)基于多体系统拓扑结构理论,建立了典型超精密机床的空间运动误差模型;分析了砂轮轴回转误差对面形精度的影响。以自研的超精密磨床为对象,检测了超精密空气静压主轴的回转误差,论证了其亚微米级精度的磨削加工能力。(2)确定了垂直磨削的形式,分析了砂轮对中误差对面形精度的影响,得到了超精密磨削的对中要求,并提出了相应的对中调整方案。分析了砂轮形状误差对面形精度的影响,对砂轮回转误差进行了在位测量和评价,提出了砂轮修整方案,实现了精密砂轮修整。(3)建立了砂轮磨损对面形精度的影响模型,讨论了工件口径、砂轮直径、砂轮圆弧半径等对加工过程中砂轮磨损程度的影响规律,实现了砂轮磨损量的预测,并提出了磨损补偿方法。(4)开展了超精密磨削实验,优化了超精密磨削工艺参数,测量了最优参数下的亚表面损伤深度,结果显示此参数下的亚表面损伤深度约为1.2μm。以100mm口径的熔石英球面、非球面为对象进行了加工实验,最终得到的面形精度分别为PV 0.46μm和PV 0.53μm,达到了预期的目标。