非球面光学零件的加工一直是国内外公认的难题,目前采用数控车削和磨削技术来加工非球面,虽然能够加工出少量、单件、高精度的非球面光学零件,但要想得到高精度的面形,需要较长的加工时间,效率较低,而且按照现有的数控轨迹成形方法加工出的非球面光学零件存在波纹误差,很难保证局部面形精度,这种波纹误差会严重影响精密光学系统的光学性能。为此,对切线回转法加工高次非球面光学零件的轨迹成形控制进行研究。通过分析现有数控加工中的轨迹成形控制方法和非球面特性,提出切线回转法加工高次非球面光学零件轨迹成形控制理论,建立数学模型。根据加工技术要求和性能指标,选用基于UMAC的PC+NC递阶式结构作为控制系统的设计方案,采用零传动驱动技术和模拟线性驱动器构成自控变频同步电动机进给伺服系统,以实现三轴联动控制。控制系统软件设计方案由上、下位机两部分组成,上位机软件系统采用MicrosoftVisum C++6.0开发环境进行设计,主要完成人机交互功能模块设计、预处理计算、运动程序编制和上下位机通讯,其中运动程序采用UMAC自带的PVT插补算法和电子凸轮算法实现。以实际高次非球面光学零件为例进行轨迹成形控制仿真计算,得出轨迹成形过程中的几何参数和运动参数的具体数值,分析其变化规律,按照运动控制策略和控制方法,针对x、y轴及其合成的控制轨迹与理想轨迹之间的逼近关系分别进行分析。对已构建的控制系统进行误差分析,提出了相应的减小或消除控制系统误差的解决办法。研究结果表明,在插补步长相同的情况下,用二次曲线分段逼近成形轨迹产生的逼近误差相对较小,能够提高非球面加工精度,切线回转轨迹成形法理论上能够减小或消除数控插补产生的波纹误差,保证加工过程中工件面形的连续光滑。