高锰钢具有极高的加工硬化特性,作为一种典型的难加工材料,使其在生产切削加工中遇到了许多困难。针对高锰钢的难加工性及结合振动切削的特点,以改善其切削加工性为目的,本文采用超声振动车削这项新技术对高锰钢进行车削加工,并对其过程进行三维有限元模拟仿真研究。以断裂动力学、应力波、有限分析等理论为基础,深入研究了高锰钢振动切削的微观机理即在超声波的作用下,切削力以应力波的方式作用于切削区,由于应力波与裂纹的相互作用关系引起动态强度因子KI(t),动态应力强度因子KI(t)大于静态应力强度因子KI。超声波作用下的应力波不仅提高了裂纹扩展的驱动力KI(t),同时在一定的范围内降低了材料的动态断裂韧性KId。因此裂纹更易失稳扩展,材料更易断裂成屑。工件材料转化为切屑的过程是微裂纹不断地萌生和发展并向宏观裂纹转化的过程。此为超声振动切削易于断屑的机理。利用扩展有限元法(Extended Finite Element Method, XFEM)方法在ABAQUS软件下对裂纹的扩展过程进行仿真分析及单边裂纹和复合型裂纹的应力强度因子求解,并与理论值进行对比,得出在有效应力值相等的条件下,KI(t)>KI；求解了常见的应力波引起动态应力强度因子值,得出梯形波引起的应力强度因子较大。采用Johnson-cook剪切失效(shear failure)准则,在ABAQUS软件下建立高锰钢振动切削的三维有限元模型并对切削过程进行仿真。得出了切削力的变化规律、切削应力的分布情况、刀具和工件表面切削热的分布情况,以及振动参数对切削力的影响规律即切削力随着振幅和频率的逐渐增大而减小,但减小的幅度逐渐降低,趋于平缓,并通过振动车削试验加以验证。并与普通切削进行对比,证实了振动切削能够有效的减小切削力、切削热及易于成屑。