KDP晶体(磷酸二氢钾单晶)具有优秀的电光性能,是目前唯一能够满足惯性约束核聚变工程中高功率激光系统对变频元件性能要求的非线性晶体材料,但是KDP晶体硬度低、脆性大、各向异性强、抗热冲击能力差、可溶于水,现有的单点金刚石飞切加工工艺虽然已经成为国内外主流采用的超精密加工手段,但是其固有的飞切加工纹理和加工损伤阻碍其使役性能的进一步提高,如何消减飞切纹理,实现近无机械损伤的高表面完整性和超精密加工是面临的技术挑战和亟待解决的工程难题。国内外研究人员尝试采用超精密磨削、磁流变抛光和离子束抛光等技术手段加工KDP晶体元件取得了一定效果,但是其加工难题仍未能完全解决,这也是制约我国相关工程建设的瓶颈之一。基于KDP晶体水溶性特点发明的无磨料水溶解抛光方法是本项目课题组提出的一种KDP晶体超精密加工新原理,并且采用环抛方式在小尺寸(18mm×18mm)KDP晶体上取得了显著的超精密加工结果。本文在该研究的基础上,针对大尺寸KDP晶体超精密加工迫切需求,应用计算机控制光学表面成形技术(Computer Controlled Optical Surfacing,CCOS),开展了基于水溶解原理的KDP晶体超精密数控抛光新方法研究,探索大尺寸KDP晶体元件超精密加工制造难题解决的新途径。本文首先通过系统深入的试验研究,揭示了基于水溶解原理的KDP晶体抛光过程材料的“机械-水溶解交互协同作用”去除机理,确认了软质抛光垫单一的机械作用几乎不会引起材料去除,且在抛光区域内处于稳定状态“油包水”结构的抛光液,亦不会形成有效的材料去除,只有在抛光区域内抛光垫与晶体表面粗糙峰接触处,在抛光垫机械摩擦作用下“油包水”结构破裂引起KDP晶体局部微溶解,才能够对表面粗糙峰进行选择性去除。在此基础上,以测量得到的晶体表面各点高度为目标去除量,通过计算机预设小尺寸工具的运动轨迹及其在晶体表面各区域的驻留时间,精确控制机械-水溶解交互协同作用的发生,实现了晶体表面的定域定量微纳去除。创新提出了基于水溶解原理的KDP晶体超精密数控抛光方法,建立了能够精确控制小尺寸抛光头运动轨迹的KDP晶体数控超精密抛光试验系统。为获得基于水溶解原理的KDP晶体超精密数控抛光方法的最佳效果,揭示了“油包水”型抛光液在不同条件下对KDP晶体的静态刻蚀特性,确定了气-液界面处的溶解情况恶化的临界含水量为ω*,进一步的实验结果表明:当抛光液中含水量小于ω*时,抛光液长时间接触KDP晶体也不会对其表面质量造成较大影响;温度的升高会造成抛光液中“油包水”体系稳定性下降,使原本性能稳定的抛光液破坏晶体表面。基于Preston方程创建了 KDP晶体水溶解抛光材料去除函数模型,试验确定了抛光区域温度变化、抛光液含水量、转速、抛光压强、抛光自转公转方向等因素在去除函数方程中的影响系数,给出了被加工表面各点驻留时间函数算法和小抛光头水溶解超精密抛光流程,试验证明了所建立的材料去除函数的稳定性。在此基础上,分析比较了栅格、螺旋线、Hilbert曲线三种抛光轨迹的特点和加工效果,综合考虑数控系统调速的便捷性,优选采用栅格轨迹规划对KDP晶体样件进行加工,试验给出了能够获得最低表面粗糙度的抛光工艺参数组合。针对国家相关重大工程项目中大尺寸KDP晶体单点金刚石飞切后表面残余小尺度刀纹去除难题,应用本文研究的方法,成功消减了 50 mm ×50 mm的KDP晶体和DKDP晶体样件表面的飞切刀纹,样件表面粗糙度分别由6.974 nm、8.661 nm大幅降至1.790 nm和1.929 nm,小尺度飞切刀纹被完全去除,且有效消减了飞切加工表面小尺度刀纹引起的中高频误差;100 mm ×100 mm样件抛光后的表面中心区域90%(有效口径)面形PV(Peak to Valley)值由最初的 9.062 λ 降至 0.290 λ。上述研究成果为后续开展面向工程的全口径大尺寸样件超精密抛光奠定了坚实的技术基础,也为其它可溶性晶体材料的超精密加工提供了一种全新的技术途径。