磷酸二氢钾(KDP)晶体是当前唯一可用作惯性约束核聚变装置(ICF)、强激光武器等光路系统中的激光倍频和电光开关材料,具有重要的地位。KDP晶体具有的诸如各向异性、软脆、易潮解和对温度变化敏感等材料特性,使得至今只有单点金刚石飞切技术能实现KDP晶体元件的高质量加工。但是,该技术必须使用专用的飞切机床,且只能加工平面型晶体元件,大大限制了晶体的应用和加工工艺的推广。论文围绕KDP晶体超精密车削加工工艺进行探索,基于美国国家点火计划(NIF)中KDP晶体的指标要求,从材料的加工特性入手,研究KDP晶体的切削加工机理,根据金刚石车床的技术特点,提出车削工艺的新方法,实现平面型KDP晶体高效、高精度、高稳定性加工,并为自由曲面形状的晶体加工提供了有效的加工方法。论文的研究更有利于KDP晶体加工工艺的推广、拓宽晶体的应用范围。论文研究工作主要包括以下几部分:(1)研究了KDP晶体各向异性特征对加工的影响,提出了用车削作为KDP晶体加工的新工艺思路。通过螺旋刻划得到了不同晶向对应的临界切深,并对不同切削参数下的切削力及已加工表面质量进行了观测。研究结果表明,选择合适的切削参数,能够克服各向异性的影响,得到全晶向塑性域的已加工表面。在此基础上提出了车削加工KDP晶体的新工艺思路。(2)研究了刀具几何参数和车削工艺参数对脆塑转变的影响规律,发现了切削线速度对KDP晶体脆塑转变影响的特殊规律。采用刻划实验的方法,研究了刀具几何参数和车削工艺参数对脆塑转变的影响,发现了当切削线速度超过一定值后,KDP晶体某些晶向的材料去除由塑性向脆性转变这一现象,并给出了合理的解释。这一研究深化了KDP类晶体材料的塑性域切削理论。(3)研究了KDP晶体低频段波前误差的产生机理,提出了补偿车削的工艺方法。对KDP晶体低频段波前误差的影响因素进行了分析,并利用在位检测系统,成功实现了波前误差的在位检测,进而实现了波前误差的补偿车削。该补偿车削工艺排除了基准面对KDP晶体波前误差的影响,大大提高了晶体加工的确定性和误差的收敛速度。(4)研究了空气静压主轴特性对中频段周期性波纹误差的影响规律,发现了KDP晶体周期性波纹误差的一种新的产生机理。对空气静压主轴等效刚度特性和轴系运动学规律进行了研究,得到了供气压力波动的幅值和周期、主轴等效刚度特性、初始外载这三者对波纹误差的影响规律。该研究对超精密机床主轴关键部件的设计以及KDP晶体中频段误差的认识和抑制具有指导意义。(5)研究了切削工艺参数对亚表面缺陷深度的影响规律,建立了缺陷深度可控的KDP晶体高效粗加工工艺路线。利用基于水溶解的磁流变抛光方法首次实现了KDP晶体车削后的亚表面缺陷深度检测,得到了工艺参数与亚表面缺陷深度之间的关系,并据此优化了粗加工工艺路线。该工艺路线大大简化了KDP晶体粗加工的切削流程,显著提高了粗加工的效率。论文紧密结合应用需求,采用车削加工的方法,通过理论分析和实验研究,提出了软脆各向异性材料塑性域切削条件、低频误差的补偿加工方法、中高频误差的控制和优化方法、亚表面质量的控制方法等新工艺和新方法,建立了一条KDP晶体切削加工的新工艺路线,形成了实际加工能力。本论文的研究对KDP晶体的加工具有重要的理论意义和工程价值。