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为适应高速发展且日益激烈的市场竞争,自由曲面结构在高技术领域产品开发中得到广泛的应用,对曲面表面精度和表面质量的要求也越来越高。抛光技术作为精密及超精密元件加工的最后一道工序,制约着工件的表面质量、精度及整个加工周期。对于自由曲面结构,目前化学机械抛光、数控小磨头抛光、气囊抛光等主流抛光技术存在抛光工具无法与自由曲面工件高度贴合、对设备性能要求高导致价格昂贵等问题。综合对比,磁性抛光技术因其抛光工具是柔性的磁性簇,能够与自由曲面工件表面完全吻合,加工工件表面质量好,而且对设备性能和精度要求不高,成本适宜,因此适用于对自由曲面结构的精密加工。本文立足于磁性抛光技术的基础性工艺规律研究,同时对微结构自由曲面应用展开实验研究。主要研究内容如下:(1)结合磁性抛光原理和试验加工要求,设计了磁性抛光工具结构;分析抛光体各组成成分在参与抛光过程中发挥的作用,采用高效的配方制备磁性抛光体;将课题组已有的4轴数控铣床与磁性抛光工具、磁性抛光体搭建成加工试验平台。(2)根据抛光工具加工运动方式计算出抛光区域任意点的速度模型,并通过实验测试的方法得到抛光区的径向压力分布模型,基于Preston方程建立特定工艺参数下的去除函数模型。(3)设计磁性抛光工艺正交实验方案,分析加工间隙、主轴转速、磁场强度、抛光时间等主要加工参数对抛光去除效率的影响规律,并得到各参数影响度的主次关系;通过实验研究去除函数随抛光体使用时长的变化情况;为提高加工效率设计了多头抛光工具,并用其对石英光学玻璃进行整面加工试验研究。(4)基于改善微结构自由曲面的表面质量而不破坏微结构的三维形状特征角度出发,通过实验对常用的微结构自由曲面进行保形抛光实验研究;并对比研究单头与多头抛光工具对微结构工件抛光的去除效率,初步实现自由曲面结构的加工应用。