高精度平面元件是精密机械和光学装置的重要组成部分,其加工技术研究对提升精密装置的制造水平具有重要意义。当前高精度平面元件的应用,要求平面元件表面的精度(如面形精度)及加工效率不断提高。通过对国内外有关抛光技术相关研究的调研,针对传统抛光方法面形精度收敛速度慢的难题,提出了高效可控的平面元件全局修形抛光方法。全局修形抛光是根据平面元件初始面形,控制元件表面整体材料去除率分布,实现平面元件整体面形的快速修正。为获得高效率以及可控的修形,本文研究了高精度平面元件的全局修形抛光方法,研制了全局修形抛光机,实现了100 mm口径平面光学元件的高效加工。主要研究工作如下:(1)通过以普林斯顿方程作为理论研究基础,分析了抛光工件运动形式,获得了全局修形控制工件表面材料去除率的预测方法。通过工件与图案抛光垫间接触状态改变工件的径向材料去除率分布,推导了抛光垫环槽设计过程,获得工件表面面形预测及优化加工时间的策略。通过制定全局修形加工流程,搭建了专用的全局修形装置。(2)利用搭建的全局修形装置,通过对K9平面光学玻璃的加工,分析了图案抛光垫结构对材料去除率的分布影响。通过对多工件的抛光加工,分析了工件材料去除率的稳定性。通过研究两种材质抛光垫(PVC材质抛光垫及聚氨酯抛光垫),采用不同沟槽位置参数的环槽,分析了环槽结构对工件材料去除率预测的影响,以及工件材料去除试验与理论间的差异,获得控制抛光的变量因素。(3)应用全局修形抛光方法,采用理论优化设计以及获得的合理的工艺参数,针对不同面形的K9光学元件修形试验,获得修形可行性验证。通过对工件原始表面面形PV值为1.804μm的工件修形加工,获得表面面形0.406μm。通过对工件原始表面面形PV值为0.756μm,采用一轮修形加工,获得表面面形0.276μm。通过试验验证对于不同面形值的元件,需要将预测方法结合合理工艺参数。