本发明公开了一种全频段高精度非球面加工方法，该方法主要包括以下步骤：1)用干涉仪检测铣磨成形后的待加工非球面面形；2)根据待加工面形误差数据，选择合适的柔性抛光小工具，结合该小工具的去除函数，确定数控机床的加工参数。3)将待加工非球面元件放置在机床加工平台上，输入加工参数，并采用变步距螺旋加工路径执行抛光工艺。4)一个周期抛光结束后，对非球面元件进行面形检测，根据面形误差数据的反馈情况，重复步骤2、3、4直至非球面的低频面形精度达标。5)对低频面形精度达标的面形数据进行PSD分析，根据PSD曲线确定的中高频误差频率分布特征，选择较大口径的柔性抛光小工具，再对非球面元件进行光顺工艺加工，重复数次直至中高频误差得到有效控制。本发明实现了仅使用CCOS数控小磨头机床便完成了非球面光学元件的全频段高精度加工。