超精密加工技术在微结构功能表面中加工体现出广阔的应用前景,尤其是在微结构光学元件的加工中,单晶金刚石超精密加工技术能够加工真正的微三维结构,且成形精度高;而单晶金刚石铣削技术在加工微透镜阵列和大深宽比微结构中也有其它加工方式无法替代的优势。本文首先介绍了金刚石半圆弧球头铣刀的设计,在Nanosys-300非球曲面超精密复合加工系统上用此铣刀对PC、LY12和T3铜进行了球形腔和球面凹槽工艺实验并对铣削力进行了测量。对加工后的微结构、切屑和刀具进行了扫描电子显微镜检测,并对微结构表面粗糙度进行了激光共聚焦扫描显微镜(LSCM)检测。其次,分别将铣削条件、铣削参数、刀具等对球形腔和球面凹槽微结构表面质量的影响做了分析。通过正交实验得到的铣削力值,使用回归分析方法建立了经验公式,并利用该公式分析比较了多种参数对球形腔铣削力的影响。分析了铣削球面凹槽时铣削力的变化情况及影响因素。最后对金刚石圆弧刃刀具的磨损机理进行了研究,并对实验中应用的金刚石刀具的形貌进行了具体分析。分析了刀具磨损对微结构精度的产生的影响。本文通过实验研究了球形腔和球面凹槽微结构的金刚石超精密铣削工艺,分析了加工这两种微结构时的影响因素和产生的铣削力的变化规律,总结了金刚石圆弧刃刀具的磨损机理及其影响因素,这些结论为完善微结构功能表面的金刚石超精密加工工艺积累了经验。