近年来,随着微机械和微机电系统(MEMS)的日益发展,对微构件的设计和制造提出了很高的要求。在纳米级切削过程中,材料被看作是原子或分子的集合体。在本质上,切削是原子的离散的物理现象,采用建立在传统连续介质力学基础上的有限元方法和切削理论来解释纳米级切削机理显然是不合适的,所以必须从分子、原子的角度来研究纳米切削加工的机理。本研究课题来源于国家自然科学基金项目：“微纳米切削过程广义质点动力学多尺度分析方法研究”。本文以单晶铜材料为研究对象,利用分子动力学模拟方法建立单晶铜纳米切削模型,并对其切削过程进行了模拟研究。利用可视化VMD软件、中心对称参数以及共近邻分析技术对模拟结果进行处理分析以及研究不同的切削参数对其纳米切削机理的影响,随后利用纳米刻划实验对其切削机理进一步研究分析。首先,利用分子动力学模拟方法对单晶铜纳米切削过程进行了分析研究,得到了不同切削距离下的单晶铜切削瞬时截面图。并从切削过程中原子状态、位错运动以及演化、材料堆积等角度展开了分析。研究结果表明：在切削过程中,切削材料主要以原子团的方式去除,随着切削距离的不断增加,势能不断增加,切削力增大,在达到稳定切削状态时,切削力在稳定值附近进行波动。其次,利用分子动力学模拟方法研究了不同的切削参数对单晶铜切削机理的影响,并对其相关数据以及图像进行分析,结果表明：切削速度越高,切屑形成的体积越大,而且切屑里原子的排列越紧密,其相应的切削力也越大；切削厚度越大,在刀具前方堆积的切屑体积越大。在切削过程中,由于不同的刀具形状与材料的接触面积不同,其对切削力、切屑堆积体积以及形成的沟槽宽度也有一定影响；不同的刀具前角在切削加工中对基体材料施加的应力不同,进而影响刀具前端的材料堆积体积以及高度；不同刀尖圆弧半径对材料堆积有一定影响。较大的刀尖圆弧半径在切削过程中相当于采用了较大的负前角。最后,利用纳米压痕仪和原子力显微镜对单晶铜材料进行纳米刻划实验,通过对切削力曲线趋势进行分析,验证了与仿真结果的一致性。同时,对单晶铜各向异性展开分析,结果表明：其在同一刻划载荷、同一刻划速度下,单晶铜Cu(110)晶向取向下切削力最大,摩擦系数也如此,其余两晶向无明显差别。然后设计并搭建了一套微纳米切削装置,为下一步实验打下基础。