随着科学技术的发展,国防、航空、航天、医疗、汽车等领域,对包含非球面、自由曲面等复杂曲面的超精密零部件及其制造模具的需求越来越普遍并且要求越来越高。这些超精密表面通常需要研磨后进一步精密抛光来生产,不但要求高的面型精度和较低的表面粗糙度,还要求严格控制中频误差及亚表面损伤。另外,现有的抛光工艺多样、工艺参数繁多且交互影响、材料去除机理复杂等,为提升超精密抛光质量及其确定性带来严峻挑战。抛光质量及其确定性的提升,离不开对抛光去除优化模型、路径生成策略、材料去除理论及确定性规划模型等基础问题的研究。针对抛光在均匀材料去除和面型校正两方面的应用,本文开展了一系列相关研究,包括实现均匀材料去除的物理均匀覆盖路径规划理论、面型校正中基于路径适应性的残余误差优化、抛光中材料卷积去除过程的理论解析、直接进给速度规划模型以及基于路径适应性的机床动态性能优化。本文的研究形成了比较完善的理论体系,对于深刻理解抛光去除过程及提升其确定性,具有重要学术理论价值和工业应用价值。论文的主要研究内容与研究成果如下:(1)在不损害面型精度提升表面质量或去除前序工艺留下的加工痕迹的抛光应用中,控制材料去除的均匀性显得至关重要。鉴于目前面向接触抛光的路径规划方法多是基于几何覆盖的均匀性,缺乏对抛光工具与工件之间的物理接触情况的考虑。本文对考虑物理接触情况的物理均匀覆盖抛光路径规划方法进行了深入研究。提出了抛光带圆及抛光带的概念,分别给出物理均匀覆盖扫描路径和螺旋路径的规划算法,能够简单高效地实现对相邻抛光路径对应抛光带之间的重叠量的主动控制。根据提出的路径规划理论和方法,给定抛光路径,可以得到抛光工具和工件之间的三维接触区域分布图,据此可以对路径的优劣从接触分布情况角度进行评价。进行了对比抛光实验,实验结果证实了所提出的路径在促进均匀材料去除方面的可行性及有效性。(2)在面型校正抛光中,面型误差分布决定了材料去除深度差异,其分布特征往往严重影响面型迭代校正的效果及收敛速度。为此,深入研究了路径间距、材料去除深度对校正抛光后得到的残余误差的影响规律。根据RMS图谱和PV图谱,建立了残余误差RMS值、PV值等关键评价参数与路径间距、材料去除深度的关系模型。提出了基于面型误差分布适应性的路径规划策略。在所提出的策略中,根据获得的关系模型对路径间距进行微调,补偿由于面型误差分布而导致的不同材料去除深度对残余误差的影响。仿真实验表明,提出的策略可以在不影响收敛精度和效率的情况下,显著优化整体残余误差分布,极大降低初始面型误差分布对校正后残余误差分布的影响程度,使抛光表面各区域的残余误差的一致性及均匀性得到显著地提升。(3)基于离散仿真的卷积去除过程,限制了直观地得到抛光工艺参数(路径间距、刀具影响函数、抛光速度、去除深度等)与工艺结果(材料去除轮廓、波纹轮廓及其PV值、RMS值和PSD曲线)之间的关系。本文首次提出并推导了材料卷积去除过程的理论解析模型,直观地揭示它们之间内在联系。这些解析模型的提出为确定性抛光提供了新的见解,为能够更加直观高效地解决相关的正反问题打开新大门。通过射流抛光实验,证实了提出模型的正确性。另外,本文提出采用蒙特卡洛方法对射流抛光刀具影响函数的波动进行建模,研究了刀具影响函数波动情况对抛光结果的影响规律,并对波动后的波纹轮廓进行了有效预测。(4)确定性抛光离不开进给速度的规划,现有的进给速度规划依赖于驻留时间的求解,这为机床动态性能的优化带来困难。本文提出采用混合高斯模型对一般刀具影响函数进行建模,将其表示为一系列单高斯函数的线性叠加。并根据已推导的单高斯卷积去除的理论模型得到一般刀具影响函数对应的理论解析模型。该模型给出了一种可用于校正抛光的直接进给速度规划方法。该方法适合包括高斯和“W”型的多种类型的刀具影响函数。鉴于不同的面型误差分布特征对模型准确性的影响,提出了迭代补偿策略,以获得最佳的速度规划精度。同时,提出路径间距可控的自适应路径理论模型,通过优化进给速度的变化梯度以降低抛光过程中对机床施加的动态应力。仿真和实验表明,本文提出的直接速度规划方法可以有效实现确定性面型校正,并能降低抛光过程中对机床施加的动态应力。