伴随着光电资讯技术的迅速发展，自由曲面在先进光学设计与制造技术中已经取得了主导地位。与传统的球面光学相比较，自由曲面适应了现代光电资讯技术对资讯发送、接收、转换、传递与存储功能的特殊需要，光学面形可由非对称、不规则、复杂的曲面随意组合而成。同时其制造方法也突破了传统光学古典加工方法的概念，采用先进的数控超精密制造技术，直接加工出自由光学镜面，达到亚微米级面形精度与纳米级表面粗糙度。并采用光学塑胶等新材料新技术替代传统的光学玻璃材料进行大批量生产。　　本论文针对光学自由曲面的超精密数控加工中的关键问题进行研究。论文首先综述了传统加工过程以及超精密加工过程中关于刀具轨迹规划以及数控代码生成的相关文献，归纳出几种不同的加工策略，并列举了目前流行的数控加工辅助工具软件。进而针对本课题涉及的实验设备提出了相应的刀具轨迹生成方法以及刀具几何补偿方法，并且通过实验验证了该方法的必要性以及有效性。并以实际加工f-theta样板镜为例，说明了针对超精密飞刀加工数控铣床的等残留高度刀具轨迹生成方法，以及干涉避免算法，并在实验中得到验证。　　本论文利用实验的方法，利用表面测量仪器对加工误差的产生进行了分析。分析的结果分别显示了由刀具磨损以及机床轴向运动产生的误差对表面质量的影响，并且确定了设备影响表面质量的主要因素，为进一步对设备进行维护以及对加工误差进行刀具轨迹补偿奠定了基础。　　本论文最后将开发的刀具轨迹以及数控代码生成方法应用到汽车车灯自由曲面反射面原型的加工中，并以此分析了自由曲面光学系统的设计、制造与检测过程。