大口径非球面光学元件是高分辨率航天遥感器、大型天文望远镜、激光核聚变装置和光刻机等重大装备的核心元件，其加工精度、损伤抑制水平和制造效率是制约相关领域发展的瓶颈。本课题组研制了加工口径可达Φ1500 mm的非球面超精密磨床，填补了国内空白。研究了大口径非球面精密铣磨工艺，提出了基于砂轮面形匹配和误差分析的对刀方法以及基于误差部分补偿的圆弧包络磨削法，研究了大口径非球面的在位和离线测量技术，实现Φ400 mm以上非球面的面形精度PV值优于5 μm。

微结构光学功能元件在国防军事、消费电子等领域应用前景广阔，采用碳化钨、碳化硅、氮化硅模具的玻璃模压技术可实现超精密、大批量、低成本生产。目前的金刚石微细砂轮难以实现硬脆材料模具微结构的高效率、低损伤磨削。针对此，研制了基于Ni-P-金刚石化学复合镀的微细砂轮制备装置，提出了双络合剂+双稳定剂的高稳定性化学镀液配方，开发了微细复合加工机床。

熔石英、BK7玻璃等光学元件材料在磨削时会产生显著的致密化效应，从而影响加工损伤行为。为此，改进了弹塑性压痕应力场的嵌入膨胀核心模型，提出了修正椭圆本构模型，实现了硬脆材料中裂纹萌生位置、阶段、顺序和临界载荷等的预测。研究了磨粒形状和砂轮表面形貌的精确表征方法，建立了十四面体磨粒形状、位置和出刃高度随机分布的金刚石砂轮三维几何模型，进而建立了磨削过程的运动学仿真模型，实现了工件表面形貌和未变形切屑几何参数的准确预测。