采用强激光装置开展惯性约束聚变研究是当今国际上的前沿研究领域,在国防及能源等领域具有重要的战略意义。强激光装置使用的数千件大口径高精度光学元件代表了当今超精密加工装备与技术的最高水平。全口径环形抛光是加工强激光光学元件的关键技术之一,在抑制中频波纹度误差、提升加工效率、降低加工成本等方面具有显著的优势。由于全口径环形抛光采用的大尺寸抛光盘难以实现对光学元件表面不同区域的选择性去除,光学元件低频面形误差的控制主要依赖工艺经验并且缺乏理论指导和定量控制方法,使得全口径环形抛光长期以来是先进光学制造领域的瓶颈。本文围绕全口径环形抛光的面形误差控制难题,采用理论分析和抛光实验相结合的方法,深入研究抛光工艺因素对光学元件面形误差的影响规律,提出抛光工艺因素的确定性控制方法,进而研制全口径环形抛光机床并建立全口径环形抛光的面形误差综合控制方法。首先研究了全口径环形抛光过程中光学元件面形误差的收敛规律,明确了光学元件在稳态抛光工况条件下加工时将会达到稳态面形,揭示了光学元件的稳态面形误差取决于运动速度、抛光压力和材料去除系数等工艺因素的分布均匀性。为了获得运动速度的分布均匀性及其对面形误差的影响规律,建立了全口径环形抛光的运动学模型,提出采用运动轨迹有效弧长来分析运动速度和材料去除均匀性。研究结果表明,光学元件和抛光盘的转速越接近、光学元件的偏心距越大,运动轨迹弧长的均匀性越好;抛光盘采用环形槽时环形结构特征容易引起光学元件表面产生环形纹理从而影响材料去除均匀性,采用径向槽、方形槽和螺旋槽有利于改善光学元件表面各点运动速度的分布均匀性。在抛光压力方面,建立了光学元件与抛光盘的接触力学模型,分析了抛光盘的形状误差和力学特性对接触压力分布的影响。针对抛光盘的形状误差,提出了采用激光位移传感器以螺旋路径扫描抛光盘表面然后通过插值算法生成抛光盘表面的三维形状,并且建立了综合采用精密铣削、子口径修正以及全口径修正的复合修正方法,通过抛光实验验证了精密铣削方法和子口径修正方法的应用效果。在抛光盘形状误差的全口径修正方面,研究了沥青抛光盘的粘弹性力学特性,建立了沥青抛光盘的粘弹性蠕变模型,探索了沥青抛光盘在修正盘加载压力作用下的粘弹性变形机制,揭示了抛光盘在加工区域呈现的动态形状误差及其变化规律,建立了大尺寸修正盘对抛光盘的形状误差控制方法,通过抛光实验验证了抛光盘形状误差的全口径修正方法。在材料去除系数方面,针对抛光系统中光学元件、抛光液和抛光盘等三方面的影响,探索了抛光过程的化学反应机制,分析了光学元件材质和抛光液p H值对材料去除系数的影响规律;建立了抛光盘表面钝化状态的监测方法,研究了抛光盘表面钝化状态在抛光过程中的变化规律及其对材料去除系数的影响,提出了抛光盘表面钝化状态的修复方法。在上述研究基础上,研制了全口径环形抛光机床,建立了面形误差综合控制方法,开展了系统验证实验。全口径环形抛光机床采用大型气浮转台作为抛光盘,气浮转台设置外齿圈与伺服电机齿轮啮合进行驱动,实现了抛光盘的高精度平稳运行;在抛光盘上方设置多工位桥架机构实现了光学元件加工以及抛光盘检测和修正的多功能集成控制。面形误差综合控制方法分别从运动速度、抛光压力和材料去除系数等三方面对抛光工况条件进行控制,通过集成工艺系统来实现对抛光过程的监测、分析和控制,从而显著提升了全口径环形抛光的加工精度和效率。