微织构是指具有特定排列方式的微小结构阵列,它具有很多优异的功能,如超疏水、减反射、减摩擦等。特别地,曲面微织构已被广泛应用于摩擦学、光学和仿生学等多个领域。由于表面功能性与微织构形貌紧密相连,因此如何制备高精度曲面微织构成为微织构应用的一个重要因素。激光具有良好的指向性、单色性、相干性和高强度等特征,通过激光进行微织构加工是近年来逐渐兴起的一种非接触式特种加工方法。但是,目前激光主要结合振镜进行曲面微织构加工,在加工时存在振镜烧蚀范围有限、光束入射角频繁变化而导致加工质量不均匀等问题,因此迫切需要研究曲面微织构的高质量激光加工技术。另一方面,多轴联动数控加工已被广泛用于曲面微织构的接触式机械加工,采用多轴联动运动平台可以精确调整刀尖的位置和姿态,但其存在的刀具磨损制约着其加工性能的提升,需要研究基于多轴联动的曲面微织构非接触加工方法。因此,本文提出了一种将多轴联动精密运动平台与纳秒脉冲激光束耦合的曲面微织构加工方法,并采用激光束与曲面法线恒定重合的策略来实现曲面微织构的高精度激光加工,具体研究内容如下:首先,研究了曲面微织构激光加工基本理论与方法。深入分析曲面激光加工时激光入射角变化对烧蚀形貌的影响特性,据此确定了最优光束入射角。研究了平面图案在曲面上的投影方法和变换法则,据此确定了激光-表面相互作用点的精确路径。采用多轴联动的方式实现了空间复杂曲面上激光束与工件表面法向的恒定重合加工,并给出了曲面激光加工轨迹离散应满足的约束条件。其次,开展了曲面微织构多轴联动激光加工相关技术研究。研制了具有高自由度和小型化特点的多轴联动精密运动平台,并与纳秒脉冲激光束集成组成了曲面微织构激光加工装置。同时,根据所用装置硬件配置开发了曲面微织构激光加工虚拟环境用于模拟实际加工过程、检验运行中是否存在异常情况和输出加工刀位文件。研究了五轴后处理的相关技术,对所用五轴平台进行运动学分析,解算了加工中各轴运动量。基于UG NX开发专用后处理器,将刀位文件转化为包含激光-表面相互作用点的位姿的NC代码,用于下载到控制器中实现对多轴联动运动平台进行指定加工轨迹控制。最后,开展了曲面微织构多轴联动激光加工实验研究。对曲面激光加工参数进行了优化,开展了满足最大速度限制的双转台式五轴平台动态进给速度规划,在不锈钢球面和抛物线回转曲面上制备了角度误低于10%、加工深度波动低于1μm的均匀连续的五角星形纹理。此外,制备了沿圆周均匀分布的沟槽型不锈钢球体微织构,并进行旋转滑动摩擦磨损实验,研究了其在润滑条件下的摩擦学性能。本论文的研究工作为在高陡度小尺寸复杂曲面上制备高质量微织构提供了一种可行方法。