磁流变抛光是实现锥镜低表面损伤、面形误差高效抑制的重要工艺，然而锥面磁流变抛光去除函数畸变严重、畸变规律复杂，而现有方法难以直接有效建立其去除函数模型，导致面形收敛效率低下。本文分析了锥面曲率效应对磁流变抛光去除函数畸变的影响机制，研究去除函数的基准化特征参数关于平均曲率的解析规律，建立了由平面到锥面的磁流变抛光去除函数演绎方法。该方法将锥面去除函数的长宽、体去除率、峰去除率演变规律综合纳入到演绎之中，更全面地反映了锥面曲率效应下的磁流变抛光去除函数的畸变特性，同时避免了理化特性参数测量以及复杂方程和非线性问题的求解，为实际工况下锥面去除函数演绎提供一种有效、低成本方法。重复性采斑实验结果显示锥面去除函数特征参数的演绎误差为3.20%~12.02%，证明了该演绎方法具有较强的适用性。

针对抛光粉沉降特性数值计算这一超大规模非线性问题，基于Kahan线性化解决了超大规模流固耦合计算问题。研究了以羟基铁粉和硅油为主要成分组合而成的抛光粉多相流在梯度磁场下抛光区域的沉降特性。以质量分数70%、粒径5 µm的羟基铁粉和粘度为0.973 Pa·s的硅油组合而成的抛光粉为研究对象，实现了不同的抛光轮转速、不同嵌入深度以及不同羰基铁粉质量分数情况下的沉降规律分析。结果发现：磁流变抛光区域的抛光粉会随着抛光轮转速的增大而增多；当到达出口时，抛光粉的分布趋于稳定状态；抛光粉会随着嵌入深度的增加而增多并存在饱和区；羟基铁粉的质量分数以非线性的方式影响沉降能力。

磁流变抛光能够高效去除光学元件表面的低频误差，但同时也引入了中频误差，而中频误差的存在对光学系统的性能造成了严重影响，必须对其进行有效控制。对常用的光栅轨迹和螺旋轨迹进行了研究，发现规则的抛光轨迹导致卷积过程与实际去除过程不一致，会引入对称的迭代误差，而迭代误差是中频误差恶化的重要因素。基于对光栅轨迹和螺旋轨迹的研究，提出了一种变距螺旋矩阵轨迹优化方法，以降低光学元件中频误差。该轨迹通过打乱螺旋矩阵轨迹的螺距保留了光栅轨迹和螺旋轨迹简单易行的优点，同时也改变了轨迹线间的随机性。通过对加工前后的面形进行功率谱分析，验证了该轨迹能够有效降低其表面的中频误差，较光栅线和螺旋线中频收敛效率综合提高了26.59%。

磁流变抛光在其实际工作过程中，抛光区域几何特征的不同将会对流场创成的关键参数产生很大的影响。针对此问题建立三维模型与实验仿真展开研究。在研究抛光区域几何特征与流场创成关键参数的关系时，先改变抛光区域形状，观察其对流场创成中剪切应力、压力产生的影响；再控制抛光区域的形状相同时，通过改变抛光区域尺寸大小，观察对流场创成中剪切应力、压力产生的影响。结果表明：当抛光区域形状不同时，抛光区域为凹面时剪切应力最大，抛光区域为凸面时剪切应力最小。当抛光区域形状为凸面时，抛光区域两边的剪切应力随着抛光区域曲率大小增大而增大；当抛光区域形状为凹面，抛光区域两边的剪切应力随着抛光区域曲率大小增大而减小。当抛光区域形状不同时，抛光区域为凹面时压力最大，抛光区域为凸面时压力最小。当抛光区域形状为凸面时，抛光区域处的压力随着抛光区域曲率增大而增大；当抛光区域形状为凹面时，抛光区域处的压力随着抛光区域曲率增大而减小。

为了研究磁流变抛光后元件表面“彗尾状缺陷”的生成和演变机理，本文以石英玻璃为样品，分析了磁流变抛光时抛光液中抛光颗粒浓度与水分含量对彗尾状缺陷的影响。研究表明，彗尾状缺陷的生成与元件表面存在的原始缺陷相关，抛光颗粒在缺陷处的堆积是造成原始缺陷转变成彗尾状缺陷的主要原因。随着抛光颗粒浓度的增加，抛光颗粒在原始缺陷处的堆积明显，生成的彗尾状缺陷数量增加；然而随着水分含量的增加，抛光液的流动性增强，抛光颗粒在缺陷处堆积效应减弱，彗尾状缺陷出现的数量降低。在磁流变抛光过程中，原始凹坑缺陷首先演变成彗尾状缺陷，彗尾状缺陷的头部凹坑深度相对于原始缺陷表现出先增加再降低的趋势；而凹坑的边缘角度随抛光的进行单调增加，直到缺陷被完全去除。本文的研究结果为磁流变抛光中抑制元件表面彗尾状缺陷的生成奠定了理论基础，有助于后期研发控制彗尾状缺陷的抛光液和工艺优化方法。

传统的磁流变抛光工艺采用抛光缎带的固定位置对工件进行法向加工，由于机床转轴的行程限制，工件陡度较高区域不可达，当前基于等效磁场原理的变切触点抛光方法存在着等效磁场实现成本高，没有充分发挥机械轴与虚拟轴相结合的抛光能力等问题。本文针对这些问题提出了一种用于加工高陡度曲面元件的方法，分析了保证去除函数稳定的磁场特点，通过磁场测量实验验证了磁场的稳定范围，通过采斑实验确定了去除函数稳定的虚拟轴范围为±12°，提出了将虚拟轴与机械轴复合使用的加工方法，并基于刚体变换实现了该加工方法下的坐标解算。最后，通过增加倾角的球面件抛光实验，将球面元件95%口径的PV值收敛为0.096λ，RMS值收敛为0.012λ，实验结果表明虚拟轴和机械轴复合抛光方法具有针对高陡度曲面的修形能力。