半球谐振陀螺是20世纪60年代出现的一种无转动部件的新型陀螺,具有抗冲击、尺寸小、重量轻、抗辐射、工作可靠性高、工作寿命长等优点,广泛应用于长寿命卫星、导弹兵器、舰船和深空探测等领域的高精度惯导系统中。而半球谐振陀螺仪的导航精度和使用寿命等性能均受其核心敏感部件——半球谐振子的加工表面质量、尺寸精度和形状精度直接影响。目前我国半球谐振陀螺所使用的经精密磨削加工的半球谐振子零件,存在加工精度与表面质量难以满足陀螺仪性能需求的问题,已成为制约我国半球谐振陀螺仪向更高精度和更长工作寿命发展的瓶颈技术难题。本文以半球陀螺谐振子零件在磁流变抛光加工过程中的关键问题为研究对象,基于磁流变抛光原理提出采用以小直径永磁球形抛光头为抛光工具对半球谐振子零件进行抛光的加工方法,研制了半球谐振子专用磁流变抛光加工机床,实验研究了采用小直径永磁球形抛光头的磁流变抛光工艺方法,对半球谐振子抛光加工轨迹误差和工件球壳表面材料去除特性的变化进行了分析,抛光加工出了高精度、高表面质量的半球谐振子零件。半球谐振子零件结构存在小曲率半径的过渡圆弧曲面,其需要抛光加工的表面包括谐振子内、外中心杆的圆柱面以及零件内、外球面和过渡圆弧面,抛光加工过程中抛光头相对谐振子的运动轨迹复杂,目前技术成熟的抛光轮式磁流变抛光机床受到工具尺寸的限制,不能用于加工该类小曲率半径曲面零件,对于半球谐振子这种异形曲面零件的加工需要根据加工方法设计专用结构形式的多维运动机床。本文分析了半球谐振子抛光加工要求,提出了采用永磁体制备的小直径球形抛光头作为抛光工具对其进行磁流变抛光的加工方案,设计并研制了半球谐振子抛光加工机床;对机床整机进行了有限元建模及静力学仿真,分析了不同抛光工具空间角度位置和工作台载荷极限位置时抛光工具头和工件主轴的静态位移情况,对机床主要承载部件的结构尺寸进行了优化;进行了机床的磁流变抛光加工试验,对熔石英零件的加工获得了纳米级表面粗糙度的抛光表面。抛光工具头由稀土永磁材料制备而成,抛光头直径为4mm,所形成的回转对称磁场使磁流变液在工具头表面形成的柔性抛光膜对工件表面产生材料去除,加工的过程中抛光头与工件表面的抛光点随着加工点曲率半径及法线方向变化而移动,抛光材料去除特性时刻发生变化,需要控制抛光过程参数实现零件的高精度加工。本文研究了小工具永磁球头磁流变抛光工艺方法,通过小直径永磁球形抛光头的磁场仿真分析,获得了抛光头结构参数对其磁场分布的影响规律,确定了抛光头的结构尺寸;对小工具永磁球头磁流变抛光区进行了流体动力学分析,获得了表观粘度、流速和流体动压力的主要分析关系,并采用剪切力建立小工具永磁球头磁流变抛光材料去除函数,为半球谐振子球壳表面磁流变成形抛光时对抛光状态进行控制提供理论基础;实验研究了磁流变抛光工艺参数对材料去除率与抛光表面粗糙度的影响。半球谐振子的磁流变抛光加工是通过计算机控制小直径永磁体抛光头相对半球谐振子工件表面移动,利用磁流变液在永磁抛光头产生的磁场作用下形成的柔性抛光膜与工件表面接触并在各点驻留一定的加工时间,从而精确去除工件表面的材料,达到改善工件表面粗糙度并保证零件面形精度的目的。抛光加工轨迹偏差会改变抛光过程中在工件球壳表面上的材料去除特性,影响工件抛光加工的形状精度。本文设计了半球谐振子抛光加工轨迹,对半球谐振子磁流变抛光加工前的对刀调整要求进行了分析并构建图像对刀系统,提出了基于显微图像处理的抛光加工对刀方法实现抛光头相对转台的对中调整和相对工件的对刀调整;分析了半球谐振子抛光加工轨迹的影响因素,对抛光头制造与装配偏差、谐振子工件装夹偏差、图像轮廓检测精度和机床运动精度与导轨直线度等引起的抛光加工轨迹偏差和抛光间隙变化的关系进行了分析,获得了轨迹误差主要影响因素的允许偏差。为保证谐振子零件的加工精度需要了解其加工轨迹上各抛光驻留点的材料去除特性,本文在对轨迹点抛光区域磁场的变化进行分析的基础上,通过建立的材料去除模型对工件球壳表面各位置的抛光剪切力与流速分布进行求解,获得工件表面材料去除率与轨迹抛光点位置的变化关系,对零件抛光轨迹驻留时间进行了研究与规划,给出了谐振子零件抛光轨迹上驻留时间和进给速度与轨迹点位置的关系,同时利用正交实验获得各实现因素对熔石英材料磁流变抛光材料去除率与加工表面质量的综合影响并优化抛光工艺参数。采用抛光材料去除率的优化参数对工件表面进行加工快速去除零件磨削表面缺陷,以抛光表面粗糙度优化参数进行光整加工获得了纳米级抛光表面粗糙度和亚微米级加工面形精度。