非球面光学镜片应用在光学系统中可以有效改善成像质量,减少系统中光学镜片的数量,使其体积减小、结构简化、重量减轻,因此被广泛地应用于航空航天、光学仪器等领域。关于非球面镜片的加工,当前最常见的是计算机控制小磨头抛光技术,其中轮式磨头抛光技术因其材料去除函数束径较小、轮廓趋于高斯分布且稳定性较高等特点,可以较好地修正光学表面面形误差、减小边缘效应的影响。但该技术存在加工时间长、加工精度有待提高等问题。为此,本文针对该磨头抛光技术中的驻留时间算法、抛光轨迹规划方法进行了优化。首先对磨头抛光材料去除函数进行建模及分析。基于Preston方程并运用矢量分析法对轮式抛光磨头材料去除函数进行建模,得出在转速比大于0.1的情况下生成的去除函数轮廓满足类高斯分布,且轮式抛光磨头由于其结构上的优势相较于传统的盘式抛光磨头具有去除函数束径小(可有效减少边缘效应)、加工过程稳定的优点。然后,基于轮式抛光磨头的去除函数对驻留时间求解算法进行优化。驻留时间求解是抛光中修正光学镜片表面面形误差的关键问题之一,根据小磨头抛光过程的实际物理意义,将驻留时间的求解过程由反卷积求解方式转化为矩阵方程求解。同时引入α正则化因子,克服了由于条件数过大造成的矩阵方程求解问题的病态性。通过卷积迭代法与基于矩阵方程求解的正则化方法分别对相同的构造初始表面进行仿真加工,在其它条件相同的前提下,迭代35次,应用卷积迭代法的面形误差收敛率为91.57%,而基于矩阵方程求解法的面形误差收敛率为95.21%,后者表现出更好的面形误差收敛性。最后在前述研究的基础上,对抛光轨迹规划方法进行改进。阿基米德螺旋线常作为轨迹规划方法应用在回转对称曲面的抛光加工中。针对阿基米德螺旋线轨迹用于小磨头抛光轨迹规划时,磨头在光学镜片中心区域转速过快的缺点,引入β因子对阿基米德螺旋线轨迹进行变形,生成一种非均匀的螺旋线轨迹,并应用等弧长法对驻留点分布进行规划,从而克服磨头在加工中心转速过快的缺点。对一口径为200mm的粗糙表面进行仿真加工,在收敛精度相当的情况下,等弧长非均匀螺旋线轨迹用时较阿基米德螺旋线少88.1min,说明优化后的轨迹有效地提升了加工效率。