随着天文学、空间探测技术、先进光学仪器的发展,大口径非球面光学元件已成为起支撑作用的关键部件之一,并且其对非球面元件的口径要求越来越大,精度要求也越来越高。但由于非球面的复杂结构特性,常规的方法已经不能满足其高精度、高效率的加工要求。现在,美国、英国、德国、日本等先进工业国家都已经有了比较成熟的加工方法、工艺及设备。国内自从上世纪80年代开始进行大口径超精密加工设备研制以来,也取得了相当大的进展,但其精度等工艺参数无法和国外设备媲美,同时仍旧不能满足现阶段非球面加工的需要。而且所研制的大部分设备,其加工和检测都是分离的,这样更加容易造成装配、加工误差,不能满足精度要求。因此,针对大口径光学曲面的特点研制高精度,高效率的复合加工设备,成为亟待解决的问题。本文针对大口径光学曲面加工特点,介绍了集一种研磨抛光于一体的光学曲面复合加工机床的设计过程及结果。其主要内容有:(1)给出了系统的总体设计、关键结构设计、坐标定位函数。特别提出了一种在机同工位全孔径面形检测方法及其实现装置。通过改进的龙门式机床布局,以及工件翻转机构,使被加工件翻转一定角度后实现全口径检测。(2)阐述了机床控制理论基础,针对本机床,选择基于PC的控制方法。通过交流伺服电机,超精密滚珠轴承,滑辊以及多轴控制技术,实现了系统的五轴精密定位。同时结合系统机械结构,保证了这个加工系统的精磨加工精度在15μm以内。(3)基于机床本身的特性,有限元法的基本原理和方法,采用有限元分析软件ANSYS对机床关键部件进行有限元分析。进行结构静力、动态特性、检测姿态稳定性分析,得到机床的精度特性并提出改进方法。(4)根据CCOS原理,确定系统在特定工具头、特定运动方式下的材料去除模型,和工件的虚拟加工效果。为实际的研磨抛光提供理论最优参数。