与回转对称的光学曲面相比,光学自由曲面可以显著地改善光学性能、减缩光学系统尺寸、使光学系统轻量化,在航天航空、国防、科学仪器等许多重要的工业领域有着广泛的应用需求。基于快速刀具伺服(Fast Tool Servo,以下简称FTS)的金刚石车削被普遍认为是一种高效精密低成本的光学自由曲面加工创成方法,近几年来虽取得了一些实质性的研究进展,但迄今为止依然还存在一些尚未得到解决的问题。本文针对光学自由曲面的FTS车削,着重研究刀具路径规划方法及影响。论文的研究内容主要包括如下：(1)讨论了金刚石刀具刀尖轮廓形状和几何参数的选择依据,为FTS刀具的选择提供了理论基础。根据现有的FTS系统：单轴直线式FTS、单轴摆动式FTS、两轴正交直线式FTS和两轴直线摆动式FTS,研究并提出了在FTS各种运动型式下光学自由曲面车削的刀具路径生成算法。通过三种典型的光学自由曲面,对所提出的刀具路径生成算法进行了验证,并对FTS不同运动型式下光学自由曲面车削的刀具运动路径进行了分析和比较。(2)讨论了光学自由曲面创成的工艺过程,提出了最适二次曲面构造FTS待加工表面的方法,建立了最适二次曲面的拟合算法。根据切削原理,综合考虑FTS的运动型式和切削工艺参数,建立了光学自由曲面车削获得的三维微观几何形貌的预测模型。同时确定了光学自由曲面的评价机制：采用高斯滤波的方法对表面形貌进行形状分离,综合利用三维表面形貌分析和二维轮廓分析的方法对加工表面进行评价。(3)通过三维表面形貌分析,研究了主轴转速、进给速度、刀尖圆弧半径等切削工艺参数对加工表面质量的影响规律,为切削工艺参数的选择提供了理论基础。通过二维轮廓分析研究了FTS的运动型式对加工表面质量的影响规律,从加工表面质量的角度对现有的FTS进行了对比分析,并指出了现有FTS车削自由曲面,加工表面质量分布不均的现象。针对这一问题,利用两轴FTS,提出了一种以残留刀痕高度为控制目标的刀具路径生成方法,以消除表面质量分布不均的现象。