超精密车削镜面广泛应用于激光反射镜和天文望远镜等尖端领域，其成像质量对于整套系统有着重要的影响。光学散射广泛存在于超精密加工的表面，对于镜面的成像效果有着显著的影响。因此研究影响光学成像效果的参数，找出降低散射、提高成像质量的方法有很重要的理论价值和实际意义。本文正是基于这样的目标，开展了相关的理论与工艺研究。首先，本文结合刀具轨迹分析和二维形貌建模理论，提出在没有振动和有振动两种情形下，基于最小切削厚度的三维形貌预测模型。通过原子力显微镜的测量结果，对该模型进行了验证。开发仿真软件并对振动进行研究，其结果揭示出振动对表面形貌和表面粗糙度影响的特点。此外，对加工工件的三维形貌进行功率谱分析，得出低散射镜面，其功率谱分布集中且数值较大的结论。其次，依据傅里叶光学理论对散射现象进行建模与分析。利用麦克斯韦方程组分析了光在金属表面反射的特点，并对不同材料进行对比，得出铝合金适合作为镜面加工材料的结论。同时通过计算镜向光的光屏分布函数，得到影响镜向光强度的关键参数，提出了减小表面粗糙度、增大入射角等提高镜向光强度的可行性措施。最后，进行了工艺实验和光学实验。利用神经网络算法，建立粗糙度与工艺参数之间的数学模型，结合模拟退火算法和粒子群算法，求得在实际加工条件下，取得最小表面粗糙度时的工艺参数。针对该工艺参数加工的工件进行了光学实验，其结果证明了光学模型的合理性。