随着现代光学系统的发展,光学镜面的复杂程度及需求量日益增加。计算机控制光学表面成型(CCOS)技术,于上世纪七十年代被提出后得到了迅猛的发展。相比较于传统非球面镜加工手段,CCOS技术拥有更具确定性的材料去除特性及更高的面形收敛效率。其中小工具抛光技术作为其代表相比于磁流变、应力盘、离子束等CCOS技术的其他分支,小工具抛光技术在保证一定加工精度和加工效率的前提下,具备工艺易于实现、投资成本低等优点,因此被广泛应用于光学非球面镜的抛光加工过程中。目前CCOS小工具抛光技术主要采用的行星运动抛光装置,由于其运动方式的限制,导致装置结构松散,转动惯量较大,支持的运动速度小,导致抛光效率受到限制;其采用的盘式磨头与镜面贴合不理想,且实现去除函数非高斯型;另外,在抛光镜面边缘时,盘式磨头露边后压力变化剧烈,存在边缘应力集中现象。针对解决CCOS小工具抛光技术中存在的抛光效率不理想、抛光去除函数稳定性不足及边缘效应这三方面的问题。结合目前现有的机器人抛光平台,本文开展了小工具轮式抛光技术的相关研究:(1)基于有限元方法对轮式抛光接触压力进行仿真建模,并对轮式抛光速度场进行分析建模,结合CCOS技术基本理论,建立轮式抛光去除函数,探究去除函数特性及不同工艺参数对轮式抛光去除函数形态的影响。(2)结合仿真分析结果与实际应用条件,设计一款适用于机器人平台的新型轮式抛光装置,实现轮式抛光方式,通过合理的机构设计实现单轴旋转的抛光轮再围绕自身中点旋转,通过提供的高转速保证高去除效率的基础上,获得接近高斯心态的去除函数,使其中心对称且峰值位于其中心点,符合镜面抛光后的面形收敛要求。使其可以在抛光中提供高效的材料去除效率。(3)进一步开展轮式抛光工艺研究,获得实际去除函数,验证去除函数仿真结果,开展了一系列去除函数实验,验证了轮式抛光方式获得的去除函数的稳定性,探究了各工艺参数对轮式抛光去除函数的影响,并开展了镜面的全口径抛光加工实验,验证了轮式抛光加工复杂非球面镜的适用性与可行性,积累相关工艺数据。(4)基于分段轨迹积分法及有限元分析方法对小工具抛光技术边缘效应开展建模工作,获得边缘接触压力模型及边缘去除函数模型,并设计实验完成模型的验证工作,探究轮式抛光的边缘去除特性。结果表面轮式磨头的边缘应力集中现象弱与盘式磨头,边缘去除函数能够较好地保持原有形态,使用轮式抛光加工镜面边缘时,不容易产生塌边,具备抑制边缘效应的潜力。