近年来,复杂面形或微结构光学元件在军事和民用领域的应用越来越广泛,例如红外探测器中的微透镜阵列、军用头盔中自由面形棱镜,均能够大大提高光学系统的综合性能。超精密快速车削能够精确加工出多种复杂面形零件,一次加工即可获得很高的尺寸精度、形状精度和很低的表面粗糙度。但微结构类面形快速车削加工精度的影响因素很多,相互关系比较复杂,目前国内外对该方面的研究报道非常少。本文针对超精密快速车削加工的特点,进行了光学微结构加工的精度分析与设计,主要研究内容如下:1)根据超精密快速车削加工系统的组成结构、动态特性和切削参数,建立了控制信号、刀具输出位移之间的工艺模型,以及复杂面形、微结构快速车削加工的表面生成模型;在此基础上,进行了微结构加工精度的影响因素分析;2)结合几种典型微结构快速车削的加工特点,研究了刀具干涉对加工精度的影响,提出了刀具参数的设计依据;3)分析了微结构快速车削加工过程中的刀具过切现象,为了提高加工精度,对微透镜阵列等复杂面形进行了刀具补偿算法设计,初步编制了工艺系统软件;4)以两种不同排列形式的微透镜阵列作为对象,进行了超精密快速车削加工实验,对加工面形进行了测试分析,结果表明微透镜阵列加工精度得到了显著提高,能够满足使用要求。