在保证像质的前提下，非球曲面元件的应用，可以减少光学系统的复杂性、尺寸以及重量。因此，非球曲面元件在航空、航天及国防工业中得到广泛的应用。与此同时，对其加工精度和表面质量也提出了极高的要求。抛光是获得高精度光学非球曲面元件的一种重要手段，传统的抛光方法存在加工效率低、加工精度及加工质量的稳定性差等缺点，这就促使人们不断探索新的加工方法。气囊抛光是近年来出现的一种新颖的非球曲面抛光方法，有可能成为光学冷加工主要方法之一。本文从气囊抛光实际应用的角度出发，对气囊抛光技术的一些基本问题进行了研究。 根据气囊抛光的运动特点和要求，确定了气囊抛光实验样机的总体布局，并对主要的机构进行了设计。为了对气囊抛光的运动进行控制，在分析气囊式抛光运动方式和结构基础上，依据空间机构学的理论，建立了气囊抛光工具的“进动”运动模型，并通过仿真，研究了“进动”机构的运动规律。根据空间齐次坐标的变换模型，推导出了气囊多轴数控加工的后置处理算法。 工艺实验首先分析了气囊抛光接触区形状特征及其影响因素，并确定了获得规则抛光区形状的抛光参数选择范围，在此基础上，通过正交实验研究总结了各种抛光参数对表面粗糙度和抛光效率的影响规律，并给出了抛光参数选择依据。应用AFM测量的结果表明气囊抛光可以获得2nm(Ra)的光滑表面。 在工艺实验的基础上，根据气囊运动的特点对抛光区速度分布进行了分析；依据Herzian接触理论得到抛光区的压力分布，然后结合光学抛光常用的Preston材料去除方程，建立了气囊“进动”抛光工艺的材料去除模型。通过实验，对该模型进行了验证。该模型为气囊式抛光的材料去除控制提供了基础。 研究了气囊实验样机制造和抛光条件等因素对去除函数稳定性影响，特别是气囊球心定位误差对去除函数稳定性影响，根据这一研究提出了气囊的球心定位误差的控制原则，为气囊抛光实验样机的制造、装配乃至数控编程提供了理论指导。同时也研究了气囊抛光材料去除控制的问题，利用回转对称工件的特点，求解了驻留时间，进行了抛光路径的规划，为气囊抛光面形精度控制做了技术准备。 研制了气囊式抛光实验样机，利用上述各项研究结果，在所研制的气囊式抛光实验样机上，进行了初步的抛光实验，抛光实验的结果说明，气囊式抛光是一种实用的光学表面抛光方法，其抛光材料去除可以控制，表面粗糙度可达纳米级，抛光效率较高。