脆性材料加工的表面完整性与刀具磨损一直以来是超精密切削领域的研究热点与难点。光学级表面的实现要求材料去除发生在纳米量级，而该尺度下的切削理论体系尚未完善，且常用的原子级模拟方法难以对加工中的断裂损伤进行直接分析。另一方面，离子注入材料表面改性与超声振动切削是高效加工的两种有效辅助手段，前者目前受到大剂量、高成本的制约，而后者对于脆性材料的应用尚未成熟。本文围绕以上问题展开研究，以深入理解纳米切削过程、改进仿真工具、优化工艺方法，为脆性材料的高效可控加工提供支撑，具体内容包括：
　　1.从材料去除的特征出发，提出原子键断裂分析方法，揭示了纳米切削中的材料去除机制；证实了刀具接触与应变能释放导致的非晶化是塑性变形的关键。明确了推挤与剪切两种纳米尺度切削机理的差异与相互转化过程，成功解释了实验中切屑所呈现的多晶形态。
　　2.针对分子动力学仿真中模型尺度过小的问题，提出动态调整延长工件尺寸策略，有效提高计算效率、形成专用的模拟程序并进行系统性测试。采用真实刃口半径的刀具模型，实现典型脆性晶体的大切削厚度模拟，揭示了单晶锗断裂损伤的位错塞积机制以及切削力波动与材料行为的密切关系；已获得的实验结果证实了仿真新方法的有效性。
　　3.提出多次离子注入辅助加工方法有效降低辐照剂量，在硅材料表面制备了微米级改性层，显著提高了其脆塑转变深度，实现了微结构阵列的塑性域切削加工，切屑的电镜分析也为推挤-剪切转化机理提供了实验证据；该方法已用于脆性材料光学级表面与微结构的生产中。验证了基于电离作用改性的有效性，探索了非晶层构型对纳米切削性能的影响。
　　4.研究超声振动辅助车削的表面形成与材料去除，构建粗糙度理论预测模型，并开发工艺辅助设计程序。有效抑制了光学K9玻璃切削中的热化学磨损，实现了纳米级塑性加工表面；采用分子动力学分析了碳化钨切削中的材料变形、应力场与沿晶断裂损伤，系统比较了振动辅助与离子注入改性两种方法，并证实了后者的有效性。不同种类碳化钨的加工实验表明，材料强度对超声辅助切削效果具有重要影响。