随着需求的发展,传统光学元件难以满足光学系统不断提高的性能要求,复杂光学曲面元件因其自由度高、设计柔性好、能显著改善光学系统性能和简化系统结构等优点得到了发展与应用,成为新一代光学元件。精密磨削作为光学制造的粗加工环节,在加工复杂光学曲面元件时面临巨大挑战,诸多关键技术亟待解决。本文围绕复杂光学曲面磨削中的面形精度控制难题,通过理论建模与实验验证等手段开展了多个方面的研究,力求对复杂光学曲面精密磨削中的难点有更深入的认识并解决其中的关键技术问题。论文的主要研究工作包括以下方面:1.复杂曲面磨削过程建模。分析复杂曲面磨削过程,通过刀触点处的法向量匹配推导建立了磨削加工数学模型,并将该模型用于磨削过程分析、刀位点坐标计算、干涉检测与排除、面形误差影响因素的建模仿真等环节,充分发挥了磨削数学模型的作用。2.复杂光学曲面形位精度控制关键技术研究。对复杂光学曲面磨削中的残余高度与砂轮直线逼近误差进行了建模仿真,研究砂轮步距和行距、砂轮特征尺寸以及曲面陡度等因素对它们的影响,将分析结果用于磨削工艺参数的选取。为研究砂轮对复杂光学曲面磨削的影响,对砂轮半径误差、圆弧轮廓误差和砂轮磨损等方面开展了建模仿真,并通过实验验证了理论分析结果的正确性。提出复杂光学曲面法向面形误差补偿方法,比较了不同的补偿模式。研究了复杂光学曲面定位误差对其面形误差的影响,将分析结果用于指导工件定位;基于面形匹配过程分析,提出复杂光学曲面定位误差的控制方法。通过补偿磨削,凸面复杂光学曲面的面形精度达到PV=5.01μm,RMS=0.84μm,凹面复杂光学曲面的面形精度达到PV=7.03μm,RMS=0.94μm。3.复杂光学曲面精密磨削工艺流程研究。基于整体研究内容,对复杂光学曲面磨削的研究思路、工艺路线以及其它重要环节进行了归纳总结,建立了磨削工艺流程,并根据该工艺流程进行复杂光学曲面样件的磨削加工,实验结果良好,证明了工艺流程和相关研究内容的正确性。