随着超精密加工技术的不断发展，高精度与高表面质量的产品被广泛应用于科学研究、传统制造业、国防工业等领域，同时这些领域的发展对材料加工精度和表面质量提出了更高的要求。传统的机械加工是刀具与工件接触式的去除加工，必然会带来加工表面的亚表面损伤，这些缺陷会影响产品性能和寿命，如何减少甚至避免缺陷的产生是提高超精密加工技术的关键。在纳米尺度的加工中，受到实验设备和实验成本的限制，直观观测微观世界原子的运动十分困难，而分子动力学仿真由于可以通过可视化界面看到原子的运动，进而研究材料表面的形变规律和去除机理，分析纳米加工过程的影响因素，对提高超精密加工水平有重大的意义。首先，在广泛阅读文献后对纳米加工中仿真和实验研究的现状作出全面的综述，分析了分子动力学仿真的原理和方法，确定相应的势函数和初始化参数，建立了单晶硅的纳米加工分子动力学模型；通过开展对单晶硅纳米压痕和刻划的分子动力学仿真，研究了切削过程中压头载荷、系统温度和原子间作用势的变化。其次，运用配位数等表征手段和分层标记原子的方法，利用VMD可视化软件，研究了单晶硅在纳米加工中的变形规律。通过对表面原子的跟踪观察，分析了纳米刻划中表层原子的运动规律，揭示了切屑与加工表面的形成机制；分别采用不同的切削速度、加工深度、压头钝圆半径和材料晶向进行仿真，得出不同加工参数对纳米加工单晶硅的影响机制，以及不同晶向材料中原子运动变化的差异。最后，通过纳米压痕和刻划实验，得出了压痕时载荷与压深的关系，刻划时载荷与刻划深度的对应关系，以及单晶硅的机械特性等。利用纳米压痕仪对（100）面单晶硅进行了纳米力学性能测试，表明随着预设载荷增加，单晶硅的硬度与弹性模量都降低，最终趋于稳定。利用原子力显微镜对（100）面单晶硅开展了刻划实验，总结了刻划深度对应的载荷关系，并观察单晶硅的表面形貌。进一步验证了仿真模型的准确性。