单点金刚石车削作为超精密加工的一种重要技术方法,能在超高运动控制精度的机床上,以单晶金刚石作为刀具直接加工出纳米级表面粗糙度和亚微米级面形精度的超光滑表面。经过几十年的研究发展,其已经成为加工制备高精度与复杂结构的光学表面的最有效方法之一,单点金刚石车削也因此被广泛应用于航空航天、国防军事、精密光学等高精尖技术领域。随着各行各业对加工表面精度及效率要求的日趋严格以及智能制造的发展,传统的刀具中心误差离线测量法因存在需要依靠人力反复拆卸工件、费时费力等问题,已成为制约单点金刚石车削加工高效化、自动化的重要因素。为解决这一难题,本文采用实验分析与力学建模相结合的方法,基于对刀具切削力的在线监控,分析竖直方向上的刀高误差与刀低误差的特征创成与力学表现,提出了一种消除刀具中心误差的在线辨识法。本文首先通过实验分析了刀高误差下切削参数对刀具干涉区域的影响因素,基于刀具干涉过程中的刀具与工件之间的切削运动关系,建立了刀具干涉区域边界数学模型,探究了刀具干涉区域的产生机理。其后,依据刀高误差下工件表面中心的三维干涉形貌与切削力的映射关系,研究了刀具与上层车削所残留中心圆锥的二次干涉对工件表面的影响。基于刀具后刀面、圆形平台、中心圆锥三者间的几何关系推导了干涉过程中刀具与工件干涉曲线的演化模型,利用对刀具与工件间干涉挤压面积的投影建立了基于切削力的刀高误差预测模型。最后,本文通过将刀具的中心误差分为九种情况,并系统地分析了切削力形貌特征与刀具中心误差间的对应关系,分别建立了不同刀具中心误差的辨识模型,完善了整个刀具中心误差理论体系。理论与实验研究结果表明:刀具与工件干涉过程中工件形貌、切削力、干涉区域三者之间的存在精确的对应关系,利用本文所建立的切削力模型可实现刀具中心误差的在线辨识。这种在线辨识法克服了传统离线测量法费时费力之处,极大地提高了单点金刚石车削加工的效率,为实际生产加工提供了重要的指导意义,同时,这也为实现超精密加工的自动化提供了坚实的技术基础。