当超精密切削加工实现纳米级去除材料时,工件亚表层缺陷结构对工件的加工质量和使用寿命等都有直接影响。基于铝材料的优点,金属铝被广泛应用于高能激光系统的组件中,对其加工表面质量和洁净性具有很高的要求。因此,从分子和原子层面研究亚表层缺陷结构的演变过程,对提高加工表面质量和解释工件表层污染具有理论和实际意义。基于分子动力学仿真理论,本文进行了真空中金属铝的切削仿真,研究切削机理和切削现象。主要研究工件亚表层缺陷结构的演变特征,分析应力诱导位错形核扩展的机制;通过统计亚表层缺陷原子数目和计算原子占比,研究切削深度对亚表层晶体结构变化的影响。对于多晶铝的切削仿真,重点分析了晶界对位错滑移扩展的阻碍作用、以及晶界和位错对切削力波动和应力分布的影响。建立水介质中金属铝的切削仿真模型,对比相同参数下真空中的仿真结果,研究水介质对工件亚表层晶体结构变化的影响,发现水介质中位错积聚时间较长;通过观察切削过程中水介质在工件和刀具之间的分布,分析工件表面应力和温度的分布状态,揭示水介质能够有效减弱刀具后刀面对材料的黏着现象,并且降低工件的整体温度;进一步分析了切削过程中切削力的变化,分析水介质对切削力变化和波动幅度的影响。建立有机介质中单晶铝的切削仿真模型,详细分析了三种加工环境中单晶铝亚表层位错演变过程,进一步分析水介质和有机介质的冷却润滑性能;通过分析亚表层不同晶体结构原子数目的变化、表面原子的排列、表面应力的分布和表面有机物的残留量,研究切削深度对亚表层晶体结构变化、表面质量以及表面洁净的影响规律;同时在单晶铝工件表面上建立不同宽度的矩形槽,以模拟已经存在的缺陷对加工表面质量和表面洁净的影响,从微观层面分析工件内部产生污染源的过程。最后进行不同切削深度下的金属铝的超精密车削实验,对试件的表面粗糙度和表面成分进行检测,分析工件的加工表面质量与表面洁净的关系。