作为清洁切削共性关键技术的重要组成部分,超低温冷却加工技术采用液氮等环境友好型的低温冷却介质对切削区域进行冷却进而降低切削温度,在提升加工表面质量、延长刀具寿命与改善材料切削加工性能等方面具有独特优势。然而现有的超低温冷却加工技术无法避免低温冷却介质直接接触工件,这会导致热膨胀系数较高的高分子材料产生不易补偿的收缩变形,进而影响加工精度。本研究针对超低温冷却加工技术在高分子材料加工领域的问题,在分析聚砜材料加工表面变形机理与分子链切削断裂模型的基础上,使用优化的超低温冷却加工技术进行聚砜材料切削试验,验证所提出的机理与模型,最终解决聚砜薄壁零件加工效率低、精度差与缺陷严重等问题。本研究的主要内容如下:首先,基于高分子材料断裂理论,阐明脆性断裂对高分子材料加工表面质量的影响,并针对聚砜材料开展不同温度下的准静态拉伸试验,得到温度变化对聚砜材料力学性能的影响规律。同时,基于银纹生成静力学判据与生长理论,提出适用于高分子材料机械加工的银纹生成判据理论。其次,基于分子运动学与弹性力学理论,通过探究高分子材料加工表面切削变形机理,提出切削表面切削变形计算公式,并基于加工银纹生成判据理论,提出不同切削条件下的聚砜分子链断裂模型。同时,针对高分子材料低温收缩变形问题,基于传热学理论对目前的超低温冷却加工技术进行优化并研制超低温刀体冷却式刀具。然后,设计正交切削试验优化聚砜材料的切削参数,并在不同条件下开展车削试验,通过对比零件加工表面质量、精度与微观表面形貌等信息,验证所提出的切削加工理论。最后,针对应用于核物理试验研究领域的高精度聚砜薄壁零件的加工难题,研制聚砜薄壁零件车削加工专用夹具,制定超低温冷却加工工艺流程。并通过对比传统与超低温冷却加工工艺所得聚砜薄壁零件的加工效果,验证超低温冷却加工工艺在提升聚砜薄壁零件尺寸精度、生产效率与加工质量等方面的独特优势,实现聚砜薄壁零件的高尺寸精度与使役性能一体化制造。本研究证明优化的超低温冷却加工技术能够解决高分子材料切削加工变形严重的问题,实现高分子材料零件的高加工质量与高使役性能一体化制造,为高质量、高精度要求的高分子材料零件加工提供了一种新的解决办法。一定程度上弥补了超低温冷却加工技术在高分子材料加工领域的不足,为超低温冷却加工技术在典型高分子材料零件生产中的应用做出积极贡献。