碳化钨合金因其具有高硬度、高耐磨性和高化学稳定性等优点，成为精密玻璃模压模具材料的首选。为了提高碳化钨合金模芯超精密磨削加工的表面质量，基于WC-6%Co碳化钨合金的物理特性，利用Abaqus建立磨削工艺仿真模型，分析了磨削深度、进给速度、砂轮转速及工件转速对WC-6%Co碳化钨合金磨削加工后表面粗糙度的影响规律，并讨论了磨削碳化钨合金的合理工艺参数范围。采用Taguchi法开展优化实验研究，确定出磨削碳化钨合金的最优工艺方案，在该方案指导下，完成了碳化钨合金的非球面模芯超精密磨削实验。最终得到的碳化钨合金模芯的表面粗糙度平均值为3.379 nm，验证了优化方案的有效性。

大口径离轴非球面反射镜进行高精度车削过程中，由离心力引起的微米级面形误差变得尤为重要。为了减小离轴非球面反射镜在车削过程中受离心力变形而引起的面形误差，对离轴非球面铝合金反射镜开展了单点金刚石车削工艺研究。通过分析离心力产生机理，构建了抑制离心力坐标变换加工模型；利用有限元仿真的方法优化了坐标变换的平移位移和旋转角度，最后基于优化结果对口径320 mm的RSA6061铝合金离轴非球面反射镜进行车削实验，获得了面形精度为RMS 0.198λ(λ=632.8 nm)的离轴非球面铝合金反射镜，验证了该优化加工方法的有效性。上述优化方式能够显著提高单点金刚石车削加工大口径离轴非球面反射镜的加工精度。

计算机控制光学表面成形技术(CCOS)广泛应用于反射镜的研抛过程，其去除函数通常选用去除效率高、去除稳定的近高斯形函数，但在加工过程中容易出现边缘翘边现象，严重影响反射镜的加工效率和面形收敛率。针对CCOS研磨过程中出现的边缘效应问题，提出一种应用于多自由度机械手的无偏心加工技术，对无偏心工具头的去除函数进行了分析，采用控制变量法研究加工压力、磨头转速和驻留时间等工艺参数对去除效率的影响，并对无偏心盘修边效果进行了试验验证。结果表明，通过对加工压力、磨头转速、磨盘悬挂比以及加工区域等加工参数进行合理调控，无偏心盘可以对翘边进行有效去除，且加工后面形平坦，可以很好地解决边缘效应问题。最后，针对研磨阶段提出了新的工艺流程：采用有偏心修形和无偏心修边相结合的工艺加工方式，可以快速提高反射镜面形加工的收敛效率，实现高效、高精度加工。

针对红外光学材料折射率不均匀导致系统波前产生异常像差，从而引起镜头像质严重下降的问题，提出了一种光学件位置迭代调整和面形修配相结合的系统波前补偿方法，实现面向高性能的红外折射式镜头装调。在光学件精密定心的基础上，设计了在线装调检测装置，依据镜头实测波前并结合计算机辅助装调技术，通过迭代调整光学件位置矫正系统波前初阶像差。对系统残留的中高阶像差，根据各视场测得的系统波前综合分析计算，采用修配光瞳处光学件面形，引入反残留波像差的方式补偿。实验上，通过对某红外折射式镜头装调，将镜头三个视场系统波前RMS （λ=3.39 μm）分别由精密定心后的0.162λ、0.118λ、0.166λ降低至0.064λ、0.040λ、0.067λ，平均MTF （@25 lp/mm）由0.31提升至0.67。结果表明，这种装调技术对红外折射式镜头系统波前补偿效果明显，可大幅提升镜头成像性能，具有重要的工程应用价值。

针对多品种变批量生产下效率与柔性兼顾的需求以及既有制造单元难以支持碎片化订单下的关键零件高质量一致性和高效率生产的问题，建立了以最小化 $ {C}_{max} $和最小化重构前后的虚拟制造单元构成差异性为目标的数学模型，提出了一种基于继承性重构解码策略的改进的遗传算法，同时设计了一种已知单元构型下的订单与原制造单元之间的相似性计算方法，并通过量化对原制造单元重构的继承程度，保证了制造单元的最大化的继承原制造单元的构型而进行重构，最后结合某光电观测产品零件的实际生产数据，验证了所提模型与算法的有效性与可行性。

非球面柱面微透镜是一种重要的微光学元件，具有激光准直、聚焦、匀化等功能，在激光通信、光纤传感、激光雷达测距、激光泵浦等系统中具有广泛的应用。为了减小光电系统的体积、提升光纤性能，增大透镜数值孔径是一种常用的解决方案。提出采用折射率更大的硅作为低折射率石英基底的替代材料，使得微透镜在相同体积下数值孔径大幅提升，同时可以降低加工量从而提升制备效率。针对传统石英微透镜的制备方法不再适用硅基微透镜的问题，提出基于掩模移动曝光方法制备光刻胶非球面图案，使用多次涂胶和循环曝光方法，分别解决厚胶涂覆均匀性差及曝光掩模痕迹明显等问题，最终利用等离子体刻蚀技术进行图案转移传递，从而实现微透镜的制备。以数值孔径2.9的硅基非球面柱面透镜阵列为例开展实际制备工艺实验，所制备的微透镜列阵面型精度PV为0.766 μm，表面粗糙度Ra为3.4 nm，表面光洁与设计值符合较好，验证了制备方法的可行性。该方法有望促进非球面柱面微透镜列阵在紧凑化红外光电系统中的大规模应用。

以聚焦型X射线反射镜的镍磷合金芯模为研究对象, 研究了单点金刚石超精密车削的切削深度、主轴转速、进给量等工艺参数对表面粗糙度的影响关系。结果表明，进给量对加工表面粗糙度影响相对最大，主轴转速、切削深度的影响呈弱相关关系。开展了NiP合金超精密车削工艺试验，得到切削深度、主轴转速、进给量的优化工艺参数，并初步建立了表面粗糙度预测模型。在此基础上，对Φ110 mm×140 mm的X射线反射镜镍磷合金芯模进行加工验证，获得了PV61.37~83.47 nm、RMS7.952~10.326 nm、Ra6.379~8.332 nm的表面粗糙度，圆度误差0.39 μm、斜率误差均方根值0.42 μm，满足X射线反射镜对芯模超精密车削需求，为后续大规格X射线反射镜超精密制造奠定了技术基础。

单点金刚石车削技术已经广泛应用于高精度光学表面的制造，然而其残留在被加工表面的微纳织构将会影响部分光学系统的性能，需要光滑去除。文中对单点金刚石车削刀痕的抛光去除技术进行了研究，发现抛光方向与刀痕垂直时刀痕去除效率最高。基于此，提出了一种螺旋正弦抛光运动轨迹，介绍了螺旋正弦运动轨迹的设计原则，并应用气囊抛光的方式与螺旋式和光栅式运动轨迹进行了对比抛光实验，证明此运动轨迹下微纳织构的改善效果明显优于其他两种方式。最后应用螺旋正弦运动轨迹对一锗材料单点金刚石车削非球面进行了抛光光滑处理，在保持了面形精度的前提下，表面糙度Ra由1.28 nm降低到0.4 nm，规律性微纳刀痕变为随机织构，达到了表面织构改善的目的。

随着硫化锌晶体光学元件在红外光学系统中的广泛应用，对其表面质量的要求越来越高，但由于该材料的脆性特点，很难获得高质量的表面粗糙度。为了获得高质量的硫化锌晶体表面，首先，介绍了基于单点金刚石车床的车削加工与飞切加工的技术原理，以及影响表面粗糙度的因素。然后，通过工艺实验，采用单一变量法，研究了不同参数的金刚石刀具和不同的加工参数对硫化锌平面元件的表面粗糙度的影响。采用显微镜和白光干涉仪对加工表面的质量进行了检测，并反馈了优化加工参数。最后，基于最优加工参数，采用两种加工方式均获得了表面粗糙度Sa为1 nm左右的高质量硫化锌平面光学元件。该研究结果对高质量硫化锌光学元件的研制提供了技术支持，具有广泛的工程应用价值。