快速发展的超精密加工中一些加工现象无法用传统切削理论解释,现有切削理论无法充分考虑材料的非均匀受力与加工材料弹性回复的影响。传统的切削加工理论所适用的规律对超精密切削已经不适用。在综合分析超精密切削材料变形和刀具受力分布规律的前提下,建立了新的超精密加工切削力的预测理论模型。该模型通过考虑不同切削变形区的应力分布特性,得到不同区域中的单位体积应变能分布规律与应变区域大小,从而较为准确的计算出材料应变能与切削力。本文以切削过程中超精密切削力解析建模、有限元仿真分析、试验结果验证为主要研究内容,研究从以下三个方面进行。首先,通过研究切削力的来源,建立了超精密切削力解析模型。切削力来源一是切屑剪切变形区的刀具在切入过程中,切屑在剪切角方向上产生剪切应变能;二是刀具-切屑摩擦区能量形式主要为切屑与刀具表面之间的相对滑移产生的摩擦内能与切屑表面由于受到正压力和摩擦力而产生的拉压应变和剪切应变两种;三是刀具钝圆半径的挤压应变能和剪切应变能。通过分别对应变区域的单位体积应变能积分,得到不同变形区的应变能,通过切削力的理论计算,得到通用性比较高的计算公式,以适用于切削力的理论研究。其次,利用ABAQUS切削仿真软件,基于Johnson-Cook本构模型和ALE自适应网格进行建模,对铜和铝材料进行有限元仿真,研究了切削厚度、切削速度、刀具钝圆半径、刀具前角对切削力的影响变化规律。分析切削仿真结果得到:根据切削材料应变能计算切削力的计算方法能够准确得到超精密切削的切削力,同时可以发现,在四种切削参数中,对切削力影响最大的因素为切削厚度和刀具前角。最终,利用现有的不同材料的切削力的试验数据结果,通过理论计算方法得到在相同切削条件下的切削力,并对不同切削厚度和切削速度下的切削力计算值和试验值进行对比分析,结果表明:该模型计算结果与试验结果误差较小,能够对多种金属材料的切削力进行预测。