超精密加工技术是因军事技术和宇航技术的发展需要，在20世纪60年代在美国形成和发展起来的，最具有代表性的技术是金刚石镜面切削技术，它推动了超精密技术的发展，并且奠定了超精密加工技术这一分支的学科地位。但是随着科学技术的发展，在新能源和军事等许多领域都对大型光学元件的需求量巨大，因此对大型元件能否进行高精度高速高效加工已经成为很多技术领域发展的关键问题。世界各国都把大型光学元件高效超精密加工技术列为研究重点，甚至组成跨国合作研究模式进行联合攻关。直接采用超精密切削的方法对大型光学元件进行加工后，加工精度通常在微米级，因此如果能将超精密切削加工大型光学元件的面形精度P-V值提高到λ/3—λ/5（λ=0.6328μm），将会极大的提高加工效率，以改变以往在此方面依赖抛光和研磨的加工方法。但是采用超精密切削方法加工大型光学元件时，就必须考虑在加工过程中金刚石刀具因磨损和热变形对加工的影响问题。　　因此本文首先对加工大型金属反射镜的金刚石刀具磨损问题进行研究，建立了金刚石刀具切削铝的分子动力学仿真模型，对金刚石刀具的磨损进行动态模拟。采用刀具前、后刀面的不同晶面组合进行切削仿真，分析了金刚石刀具各向异性对刀具磨损的影响，仿真过程中发现在一定的范围内改变切削速度和切削深度对刀具的磨损有轻微的影响，影响刀具磨损的主要因素取决于切削距离的长短；采用不同定向的刀具进行了切削铝合金工件的实验，在大量实验的基础上提出金刚石刀具后刀面磨损高度的预测模型，对因金刚石刀具的磨损带来的加工误差做到可以预测和补偿，为后续切削理论的研究奠定了基础。　　其次，提出考虑金刚石刀具后刀面磨损因素，建立超精密车削动态切削力计算的数学模型，研究切削力的变化规律；研究发现当刀具后刀面出现磨损时，主切削力Fc和背吃刀力都随着磨损带高度VB的增大而增加，但的增加速率大于Fc的增加速率，分析认为当快速增加的同时，振动也随之增大， FpFpFp这同时解释了当刀具磨损后将影响加工表面质量的原因；并通过切削实验，验证了所建模型的正确性，该模型的建立为下一步分析金刚石刀具在切削过程中产生的切削热和计算切削温度做准备。　　通过对刀具切削过程的切削热进行分析，在计算刀具前、后刀面的平均温度时，考虑到超精密切削所用的金刚石车刀具有体积小、导热能力强的特点，针对前、后刀面不同接触面的热量相互影响的问题，建立符合超精密切削的切削温度计算的数学模型；研究发现切削温度随切削速度、背吃刀量、进给量和刀具后刀面磨损带高度的增加而增加，其中，切削速度和进给量对切削温度的影响最为显著，背吃刀量次之，随着刀具后刀面磨损的出现，刀具的平均切削温度变化较大。　　最后，在分析和计算切削热和切削温度的基础上，建立理论模型计算金刚石刀具随切削温度变化的变形量。搭建模拟金刚石刀具升温系统，采用点式电加热器对金刚石刀尖进行加热，模拟金刚石刀具在无切削液时实际刀具的升温过程，并采用高精度、非接触式热像仪对温度的变化进行跟踪测量，研究金刚石刀具随温度变化的热变形规律。实验结果表明：当温度从23.5℃升高到32.1℃，刀具实际变形量达到1.48μm，这将严重影响光学元件的加工精度。提出建立一套测温控制系统，以消除金刚石刀具因切削温度变化产生的热变形对加工精度的影响。