大中型非球面反射镜在地面望远光学系统和空间对地侦查光学系统中广泛应用,需求量日益增加,大中型非球面的加工要求已经从过去的可以加工改变为现在能够快速确定性高效加工。本文以大中型非球面确定性高效加工为出发点,对大中型非球面加工的铣磨阶段和抛光阶段的确定性高效加工方式进行研究。作者结合国家工程任务需求和自身工作需要开展了大中型Si C非球面反射镜确定性高效加工的研究,论文主要完成的工作有:1.超声复合磨削确定性高效加工的研究:分析了超声复合磨削的机理,从原理上证明超声复合磨削的高效性。对金刚石砂轮种类进行分析确定适合Si C反射镜超声复合磨削三阶段加工的金刚石砂轮并进行设计。通过磨削实验确定超声复合磨削Si C材料的各项磨削工艺参数并进行优化,建立了超声复合磨削Si C材料工艺参数数据库。对超声主轴和刀柄进行分析,通过磨削工艺实验证明超声复合磨削的高效性。2.大中型Si C非球面反射镜超声复合确定性磨削的研究:采用系数法和逆向工程法建立非球面高精度模型,根据模型进行加工仿真和刀轴路径规划。在Si C反射镜超声复合磨削加工的过程中利用激光跟踪仪进行在线检测,降低了风险,提高了磨削效率和磨削精度。对工程用Ф800mm Si C非球面反射镜进行超声复合确定性磨削并进行在线检测,磨削效率提高30%以上,磨削精度达到PV值11.2μm,RMS值1.8μm。3.磁介质辅助抛光的研究:设计完成了轮式磁介质辅助抛光模块并进行优化设计,可以直接应用于主轴为BT40锥柄的加工中心。对磁介质辅助抛光工艺参数进行优化,确定了改性Si磁介质辅助抛光的最优工艺参数。轮式磁介质辅助抛光对Φ150mm改性Si平面镜进行确定性抛光实验,最终结果达到PV0.107λ、RMS0.23λ(λ=0.6328μm)。磁介质辅助抛光的研究为磁流变抛光的研究打下良好的基础。4.球形轮式磁流变抛光系统设计和机床设计分析:采用模块化设计理念设计完成了磁流变抛光系统的抛光机构模块和磁流变液循环模块,并对球形轮进行分析。确定了磁流变抛光对机床的性能参数要求,并根据要求对立式加工中心进行重新改造设计和分析。采用千分表找正的方法对球形磁流变抛光去除函数中心进行精密定标,提高了磁流变抛光的确定性。改造完成的立式磁流变数控抛光机床抛光口径Φ400mm的改性Si离轴凸非球面,经过一个周期12小时的磁流变抛光,非球面精度由抛光前的PV0.614λ、RMS0.099λ收敛至PV0.201λ、RMS0.025λ。本文的研究工作提高了大中型Si C非球面反射镜磨削加工效率和非球面磨削精度,减少了后续研磨加工的时间;磁流变抛光的高确定性使改性后的大中型Si C非球面反射镜的抛光效率有了明显提高。