非球曲面零件在光学系统中具有球面零件不可比拟的优越性。正因为如此,其应用也越来越广泛。与此同时,人们对于非球曲面零件的表面质量及其轮廓精度的要求也愈来愈高,所要求的尺寸也越来越大。然而与球面零件相比,光学非球曲面零件、尤其是大型的光学非球曲面零件在加工、检测等方面都存在更多的困难。因此,光学非球曲面零件的超精密加工越来越受到世界各国的重视,各国家都在致力于非球曲面光学零件超精密加工技术的研究。从国内来看,国内非球曲面的超精密加工设备相对落后,不仅在设备的总体性能、综合精度指标、加工设备的可靠性和稳定性以及设备操作的人性化设计等方面都与国外相比存在较大差距。目前国内大型非球曲面光学零件的加工主要还是采用研磨抛光的方法,通过不断检测和反复的修抛完成,不仅效率低,而且严重依赖操作者的经验,难以满足应用需求。因此,我们必须根据现有的制造技术水平,突破传统的加工工艺,开发新的高精度的非球曲面光学零件的加工方法,以及研制相应的超精密加工设备。本文研究了一种新型的非球曲面超精密加工方法及其加工设备,并在在亚微米范围内实现了轴对称非球曲面金属光学反射镜的高效加工本文提出了一种新型的非球曲面超精密切削加工方法,理论分析了该方法的加工原理；建立了基于该新型加工方法的超精密机床的空间几何误差模型,确定了在预定加工精度要求下的各主要误差因素的许可范围,为下一步工作奠定了理论基础。提出并设计了一种基于压电陶瓷驱动的新型微进给机构,相对于传统的双平行柔性铰链机构,该机构在其轴线垂面内不同方向上刚度的一致性更好,经仿真,在不同方向上施加20N的外力时,所引起的工件最大位移变化率仅为3.19%。实验研究了微进给机构的静态刚度、固有频率以及运动分辨率等开环特性,静态刚度与第一阶固有频率的实测结果与仿真结果的误差为22.4%和5.03%；建立了微进给机构迟滞及蠕变特性模型；并以此对微进给机构进行开环补偿控制,使跟踪精度提高了77.4%。研究并确立了该机床在抛物面加工过程中最接近比较球面的确定方法,推导了径向非球面度的计算公式；研究了非球曲面加工中的刀尖轨迹控制方法；在此基础上设计了机床控制系统的总体结构和数控软件的主要功能方案。研究非球曲面超精密加工中的误差补偿加工方法并建立了相应的补偿加工系统；分别研究了静态几何空间误差补偿加工及工件表面残余面形误差补偿加工方法的工艺流程,并进行了补偿加工实验,结果表明,上述两种方法分别使工件面形精度提高了28.8%和69.7%。