随着空间光学系统数量及通光口径的不断提升,其对光学零件的面形精度和加工效率提出了更为苛刻的要求。碳化硅材料(SiC)已被公认为21世纪空间光学系统和大型地面光学系统的首选镜面材料,轻质SiC光学材料的研发正在紧张而有序地进行中,大量使用SiC作为镜面材料的光学系统已经或将要投入使用。尽管国内外学者在空间大口径光学元件高精度制造研究方面取得了很好的进展,相比之下,SiC反射镜,尤其是大口径非球面反射镜的制造工艺,却难以满足对SiC反射镜的数量和质量上日益增长的需求,因此迫切需要针对空间大口径光学元件高效高精度加工工艺和理论的瓶颈问题开展创新研究。本论文围绕空间大口径非球面SiC反射镜高效高精度生成的制造需求,针对空间大口径反射镜的重力及应力卸载方法,计算机控制光学表面成形技术(CCOS)边缘效应控制机理与工艺,以及面形精度与收敛效率的同时保障等技术难题,在SiC材料抛光的理论、方法和工艺等方面开展相关研究,为空间大口径非球面SiC反射镜高效高精度生成提供新的方法和途径。具体的研究内容包括以下几个方面:(1)针对空间大口径轻薄异形镜加工中存在的“格子效应”等非连续局部应力效应和重力变形对轻薄反射镜测量精度的影响,研究轻量化大镜的重力与应力变形规律。基于有限元静力学分析方法,研究重力与应力作用下,轻量化空间大口径反射镜的重力及应力变形,根据反射镜重力变形大小与分布形式优化反射镜支撑结构;从支撑结构与反射镜的接触面积与局部应力方面,根据加工指标要求,对支撑结构进行优化设计,实现轻量化大镜重力变形RMS小于0.03λ;探讨了格子效应产生机理,解析局部加工应力对轻量化反射镜加工精度的影响规律,在此基础上对传统抛光工艺进行了参数优化。(2)研究非球面等复杂光学曲面子孔径加工中边缘效应误差的产生原理,针对全口径面形快速收敛的制造要求,提出了非连续局部误差修形工艺,使用多抛光盘局部误差修形,解决边缘翘边误差的快速收敛问题;基于高精度边缘修形的加工目标,提出偏心盘抛光方法,优化设计出针对边缘效应的抛光工具,基于SiC传统恒压材料去除机理,解析偏心盘材料去除机理;建立光学镜面边缘确定性抛光误差的收敛工艺与理论,实现不同形状光学元件的全口径范围内数据的全频段误差收敛。(3)针对现有的大口径SiC非球面反射镜成形工艺过程收敛效率不足的问题,提出基于去除函数收敛效率的组合制造加工方法。在分析去除函数修形能力与抛光膜光顺技术原理的基础上,建立去除函数收敛效率的评价指标,基于去除函数修形效率提出组合加工的具体实施方法,据此确定不同面形精度阶段的加工工艺及去除函数选取准则,并通过滤波工艺对组合制造加工方法进行优化。