为了改善和优化眼镜镜片的加工流程，避免镜片尖边加工过程中刀轴矢量变化剧烈、影响工件表面的加工质量，提出了一种基于UG NX的五轴数控加工路径。利用智能镜框扫描仪对镜框边缘进行扫描，获得镜框凹槽点云数据文件，编写相应程序对符合眼镜片加工标准的OMA文件中的球坐标数据进行坐标及格式转换等处理。基于NURBS曲线拟合算法，实现刀路轨迹的连续性并保证拟合曲线的精度。设计和建立一种控制刀轴矢量平滑变化的刀轴驱动约束方法，依靠曲线驱动刀轴及镜片曲面法向量约束刀轴使刀头平滑进给，并将刀轨文件经过后处理转换为NC文件。最后，对加工后的镜片进行误差测量，结果表明，通过点云数据拟合刀路曲线的方法提高了加工面的精确度和光滑性，有效缩减了加工流程，提高了加工效率。

全口径环形抛光是加工大口径平面光学元件的关键技术之一，其瓶颈问题是元件面形的高效高精度控制。通过研究元件面形的影响因素及其控制方法从而提升其确定性控制水平。围绕影响面形误差的运动速度、抛光盘表面形状误差和钝化状态等关键工艺因素，建立基于运动轨迹有效弧长的环形抛光运动学模型，揭示了抛光盘表面开槽槽型对面形误差的影响规律；提出了采用位移传感器以螺旋路径扫描抛光盘表面并通过插值算法生成其形状误差的方法，建立基于小工具的子口径修正方法，实现了抛光盘形状误差的在位定量修正；提出抛光盘表面钝化状态的监测方法，研究了抛光盘表面钝化状态对面形误差的影响规律。结果表明：抛光盘表面开槽采用环形槽时元件表面容易产生环带特征，采用径向槽、方形槽和螺旋槽时元件表面较为匀滑；通过在位定量检测和修正抛光盘形状误差，可显著提升元件的面形精度；随着抛光盘表面的逐渐钝化，元件面形逐渐恶化。在研制的5 m直径大口径环形抛光机床上加工800 mm×400 mm×100 mm平面元件的面形PV值优于λ/6（λ=632.8 nm），提升了元件的面形控制效率和精度。

为攻克高陡度球面光学零件成型技术，以半球及超半球红外光学整流罩为研究对像，提出了一种子孔径铣磨加工方法。对传统范成法铣磨成型理论进行拓展，将球面离散为一系列子孔径环带，砂轮沿环带“步进”运动，拼接成型得到完整的球面。分析了成型球面与三轴机床位置坐标之间的转换关系，对加工运动轨迹进行仿真，开展半径误差补偿验证实验及变速进给参数优化实验，提出变半径铣磨法解决超半球加工材料过切问题。对长径比分别为0.5（半球）和0.55（超半球）的热压硫化锌、镁铝尖晶石整流罩开展成型工艺试验，加工表面各点矢高差<4 μm，表面粗糙度Ra<1.5 μm。实验结果表明：该方法为高陡度球面加工提供了有效的解决方案。

计算机控制光学表面成形技术(CCOS)广泛应用于反射镜的研抛过程，其去除函数通常选用去除效率高、去除稳定的近高斯形函数，但在加工过程中容易出现边缘翘边现象，严重影响反射镜的加工效率和面形收敛率。针对CCOS研磨过程中出现的边缘效应问题，提出一种应用于多自由度机械手的无偏心加工技术，对无偏心工具头的去除函数进行了分析，采用控制变量法研究加工压力、磨头转速和驻留时间等工艺参数对去除效率的影响，并对无偏心盘修边效果进行了试验验证。结果表明，通过对加工压力、磨头转速、磨盘悬挂比以及加工区域等加工参数进行合理调控，无偏心盘可以对翘边进行有效去除，且加工后面形平坦，可以很好地解决边缘效应问题。最后，针对研磨阶段提出了新的工艺流程：采用有偏心修形和无偏心修边相结合的工艺加工方式，可以快速提高反射镜面形加工的收敛效率，实现高效、高精度加工。

随着红外技术的不断发展，空间大口径红外光学元件的需求日益增长，其各项制造指标也逐渐接近可见光级光学元件的制造要求，由此对新型空间红外光学元件的加工和检测技术均提出了更高的挑战。针对大口径的高陡度超薄硅基红外透镜，提出了以超声铣磨-机器人研抛-离子束精抛为工艺链路的加工方案，改善了传统红外工艺路线存在的低效率、表面高频误差等问题。针对凸非球面轮廓检测中支撑引起的测试误差，在粗抛和精抛阶段分别采用了柔性缓冲支撑与三点强迫位移支撑方法，有效解决了大口径高陡度超薄透镜测试中的支撑变形问题。经过理论仿真与实验验证，证明该测试方法具有较好的一致性。通过改进的轮廓检测方法，实现了轮廓测试中支撑误差的准确分离，有效提升了加工的极限精度。最终大口径红外透镜凸非球面加工精度达RMS λ/50 （λ=632.8 nm），满足设计指标要求。

对于传统蜂窝夹芯结构的反射镜，因加工过程中网格效应的存在，反射镜的面板厚度和蜂窝尺寸之间彼此关联制约着，严重影响反射镜的轻量化设计。针对蜂窝夹芯结构的超轻ULE反射镜，提出了一种充气平衡式减小网格效应的加工方法，运用控制变量法，通过实验比对了正常加工和充气平衡式两种研抛状态下网格效应的变化。实验结果表明：当反射镜面形精度RMS达到1/10λ （λ=632.8 nm）以上时，正常加工的面形图存在明显的网格效应，而充气加工则没有，可见反射镜内部充气可有效平衡加工压力，使反射镜在加工过程中有筋区域和无筋区域的变形趋于一致，从而有效减小网格效应。