自由曲面光学元件在航天航空、国防、军事等光学工程领域得到了广泛的应用,起到重要作用。由于自由曲面是一种复杂的、不规则的特殊面形,使其为光学系统优化设计和加工带来了一定的困难。结合Q-type函数多项式表征的自由曲面在设计、加工方面具有的一定优势,本文主要对Q-type多项式自由曲面的超精密光学制造技术进行了研究,主要的研究工作如下:首先,研究了单点金刚石车削技术的工作原理,以及Q-type函数多项式三种表达形式的数学模型构造过程,并通过采用Q-type函数多项式设计的手机镜头来说明Qtype函数多项式表征的面形在设计和加工方面的优势。其次,根据Q-type函数多项式表征自由曲面的理论模型,对其基础面形进行仿真分析。介绍了金刚石材料,刀具种类和刀具几何形状,从工件与刀具不产生干涉现象出发,讨论了刀具几何参数的优化,并结合Q-type多项式自由曲面刀具参数选取进行实例分析。然后,分析了刀具轨迹生成原理,对影响工件表面质量的车削工艺参数进行研究。通过对车削轨迹线性化误差的分析,根据常用的等弧长法和等角度法线性化误差的变化特点,提出了一种先等弧长,后等角度的组合刀具路径优化方法,并对该衔接点的选取采用多项式拟合的方法进行优化。最后,对Q-type自由曲面进行了超精密加工与检测。对单点金刚石车削加工Qtype自由曲面所需的工艺过程进行了设计与研究,并采用白光干涉仪对加工得到的工件面形进行检测,得到工件表面粗糙度为6.58nm,与原始方法相比加工精度较高,验证了车削参数选择的合理性以及车削轨迹优化方法的有效性。