高速切削加工可以获得较高的金属切除率、高的加工精度和良好的加工表面质量,在现代制造生产中已受到普遍重视,且以较快速度发展。在金属切削加工过程中,有三个最重要的指标：切削力、切削温度和刀具磨损。其中切削力对整个切削过程影响最大,它直接决定着产生切削热,刀具磨损、破损和使用寿命以及工件加工精度与加工表面的质量等。此外,金属切削加工过程对于切削材料来讲,是一个复杂的非线性大变形、大应变率、热力耦合的过程,采用传统的切削研究方法很难对切削机理进行定量分析。利用有限元建模和仿真技术在改进切削刀具的设计和切削参数的优化方面有很大的发展潜力,所以有限元法正逐渐成为切削过程研究和仿真的一种有效手段。本文针对梯度纳米刀具对AISI4340钢的高速切削加工过程进行仿真研究,采用了适用于大变形,大应变率分析的Johnson-Cook本构模型,并选取了Johnson-Cook断裂准则。综合比较了两种常见的磨损模型,建立关于梯度纳米刀具的USUI磨损模型,通过商业有限元软件ABAQUS/EXPLICIT和DEFORM2D相结合,建立了二维切削模型并模拟了切屑的形成过程,通过仿真与理论对比研究,获得切削力、切削温度、刀具磨损量随切削参数的变化规律；此外,针对铣削过程的特点,分别建立了平面立铣和球头铣削过程三维模型,对TC4(Ti-6Al-4V)合金和H13钢的铣削加工过程进行了模拟。在有限元软件DEFORM3D中,采用自定义材料的Johnson-Cook模型,利用Normalized C&L断裂准则,模拟了切屑的产生过程,并与实际铣削试验在应力场和温度场方面做了比对,表明仿真结果和实验结果吻合较好,说明利用DEFORM3D可以很好模拟铣削加工过程,为优化铣削参数确定提供依据。