在非球面及自由曲面加工中，应用最为成熟的是计算机控制光学表面成型(CCOS)技术。现有CCOS 技术普遍采用恒压力研抛方法，加工过程中研抛压力保持恒压，通过控制驻留时间实现所需的去除量。本文研究了基于变压力的CCOS研抛方法，增加了调控维度，通过同时控制研抛压力和驻留时间实现所需的去除量。首先，对该方法建立了加工控制的数学模型。然后，测量分析了磨头输出力的稳定性和响应速度，去除函数的稳定性。最终，在K9 材料平面镜上开展了正弦压力抛光的材料去除实验。结果表明，实测与理想正弦研抛压力周期一致，力误差标准差约为0.35N，对去除面形PV和RMS的影响均不到9%；实际与仿真加工的面形轮廓周期一致，加工区域的面形误差在17%以内。本文实现了变压力研抛，验证了基于变压力的CCOS研抛方法在光学加工中的有效性。

为了研究固液两相磨粒流对伺服阀阀芯喷嘴的研抛性能, 从冲蚀磨损的角度对比分析了不同磨粒硬度下的磨粒流研抛效果。利用计算流体力学方法, 求解分析了磨粒流研抛伺服阀阀芯喷嘴时流场中的冲蚀磨损特性, 采用电子显微镜以及扫描电镜仪检测伺服阀阀芯喷嘴零件经磨粒流研抛前后的表面粗糙度和表面形貌。实验结果表明: 采用碳化硅磨粒和白刚玉磨粒加工后的伺服阀阀芯喷嘴主干通道、交叉孔以及小孔区域的粗糙度分别由1.1 μm、0.823 μm、0.743 μm降低为0.735 μm、0.721 μm、0.571 μm和1 μm、0.747 μm、0.696 μm。在本试验中碳化硅磨粒的加工效果优于白刚玉磨粒, 即具有高磨粒硬度的磨粒研抛效果好。检测结果显示, 磨粒流研抛技术可有效改善伺服阀阀芯喷嘴的表面质量; 提高磨粒硬度可提高磨粒流的研抛效果; 伺服阀阀芯喷嘴的交叉孔以及小孔区域的表面质量要高于主干通道的表面质量。

根据大口径非球面光学元件研抛工艺的需求，基于行星式研抛装置设计了一种新型的双路气压平衡研抛压力控制系统。该系统利用低摩擦气缸,压力传感器和两个电气比例阀构建研抛气压闭环回路。分析了系统工作原理，建立了压力控制系统的非线性模型。为了实现恒压控制，运用前馈控制及双模态PID控制算法设计了复合控制器。实验结果表明，该系统能实现研抛压力的平缓过渡，可完成研抛压力的无级调节和柔性控制，输出研抛压力在0到350 N可调，稳态压力波动小于1 N，对气缸活塞位移波动干扰有较强的鲁棒性。该系统基本满足研抛系统对研抛压力稳定性和精确度的要求。

提出了一种基于磁流变力矩伺服装置(MRT)的研抛力控制方法来控制非球面数控研抛系统中的研抛力以实现恒压力研抛。研究了该方法的原理、模型、影响因素并研发了相应的实验研究系统。阐述了基于磁流变力矩伺服装置的研抛力控制原理；应用Preston方程分析了恒压力控制的重要性并基于Hertz理论建立了研抛压力模型，进而建立了研抛力控制模型，探讨了影响研抛力控制的主要因素；最后，规划了系统的研抛压力并进行了实验研究。实验结果表明：在研抛用时均为90 min的情况下，恒力研抛得到的非球面表面粗糙度为0.067 μm，表面粗糙度不均匀度为94.4%，而恒压力研抛得到的表面粗糙度为0.028 μm，表面粗糙度不均匀度为11.4%，研抛质量和效率显著提高。该方法能够独立、主动、实时地控制研抛过程中的研抛力和研抛压力，实现非球面超精密、高效、低成本数控研抛。