磨料水射流抛光技术具有加工材料范围广、无热加工影响、能满足非线性与复杂曲面零件需要的高形状精度和高表面粗糙度要求等优势,在精密加工领域具有良好的研究价值和应用前景。首先对加工质量高敏感的工艺参数,如射流动能、喷嘴结构、磨料类型、加工路径等研究进行综述,总结了不同材料加工的工艺参数,分析了不同形状的去除函数加工的适用性;然后对磨料水射流与其他技术结合而衍生出的一系列新技术进行了总结,比较各种新技术的特点;最后对磨料水射流加工及其材料去除函数模型研究的发展趋势进行预测。

磨料水射流抛光喷嘴的出口形状对射流特性及去除函数轮廓有重要影响,从而影响加工质量和效率。因此设计了圆形、三角形、方形、线形四种出口形状的喷嘴,通过数值模拟、射流微观及定点去除实验分析不同喷嘴的射流特性及对去除函数轮廓的影响。研究结果表明在低靶距内,三角形喷嘴射流动量在空气中更易损失,冲击压力更小。射流的发散性与射流初始段和基本段的长度呈负相关,其中尖边喷嘴射流更易发散,材料去除深度对喷射靶距更敏感。不同喷嘴去除函数轮廓俯平面形状和喷嘴形状相似,其中圆形、三角形、方形喷嘴去除函数截面轮廓为“W”形,有尖端角的三角形和方形喷嘴材料去除均匀性较差,线形喷嘴去除函数的截面轮廓为“V”形,材料去除深度相对圆形喷嘴提高了140%。

为实现高精度光学元件的面形修正,介绍了计算机控制光学加工技术的基本理论,通过实验法对其去除函数进行了提取,采用迭代法对驻留时间进行了求解,并采用邻域平均值法对边缘数据进行了平滑延拓。以一口径φ100mm的光学元件面形为例进行了模拟加工,得到了其驻留时间分布和加工后面形,加工1843.3min后其面形由初始的PV值243.132nm、rms值53.154nm降为PV值21nm、rms值1.6nm,面形精度改善明显。结果表明：所得去除函数可以用于高精度面形修正,但加工效率仍需提高,所用驻留时间求解方法精度较高,并且经平滑延拓后边缘效应得到有效控制,为后续的实际高精度面形修正提供了理论依据。

介绍了计算机控制光学表面成型（ＣＣＯＳ）技术的基本原理，对双旋转磨头的去除函数进行研究，研究了不同形状的磨头的去除函数特性，并在我次实验的基础上得到了最优的加工参数，在去除函数的基础上提出了模板函数的概念及算法。根据加工旋转对称非球面光学表面的特点，结合模板函数提出了一种基于同心圆磨头运动轨迹的控制算法。运用该算法Ⅲ号打靶非球面透镜的一种工艺试样进行自动加工，面型精度达到１λ，取得了满意的结果。

抛光盘去除函数的确定是数控抛光技术的应用基础，以Ｐｒｅｓｔｏｎ方程为基础，应用运动学原理推导了抛光盘在行星运动及平转动两种运动方式下的材料去除函数，并通过计算机模拟出相应的工作特性曲线。结果两种运动方式下工作特性曲线均在不同程度上趋近于高斯曲线。因而行星运动及平转动都可作为抛光盘的运动方式应用在ＣＣＯＰ中，使加工中的面形误差得到收敛。

为了充分掌握磁流变抛光中磁场强度、浸入深度、抛光轮转速、磁流变液水分含量等工艺参数对抛光结果的影响规律,以期提高元件的面形精度和表面的质量,在研究了磁流变抛光材料的去除数学模型的基础上,结合实验室的PKC100-P1型抛光设备,对上述的关键工艺参数分别进行了研究,设置了一系列的实验参数,进行了详细的实验探索,分析了单因素条件下材料的去除量以及元件表面质量同关键工艺参数的内在联系,得出了相应影响关系曲线。从关系曲线表明:工艺参数对抛光斑的去除效率以及被加工元件表面质量存在着明显的影响规律,掌握这些影响关系就能用于分析和优化磁流变加工的结果,为高精度光学表面的加工提供可靠的保障,同时实验的结果也很好地验证了磁流变抛光材料去除理论的正确性。

流量稳定性控制是磁流变抛光工艺获取稳定去除函数、实现确定性抛光的重要条件。针对抛光头倒置式、离心泵传送构型的磁流变抛光系统中扬程变化对流量扰动的问题,研究了磁流阀控制流量扰动误差的方法,但该方法存在因流量计的测量积分时间导致控制响应滞后问题;分析了双Z轴随动结构未能抑制摆动轴运动而导致扬程变化对流量扰动的问题的原因,提出跟随多轴复合运动Z向同步驱动的双通道运行控制方法,从本质上解决了磁流变抛光工艺过程中离心泵扬程变化对流量扰动的问题,实现流量实时和高稳定性控制,将流量波动控制在1%以内。