针对典型难加工材料钛合金与镍基合金，进行融合宏微观结构特征的高速切削有限元建模与仿真研究，旨在通过难加工材料高速切削过程的有限元建模与仿真研究，深入了解和明确切削过程中的晶粒变形情况，以及应力、应变等物理现象变化情况，揭示微观结构对切削力、切削温度等方面的影响规律，从而为材料的组分设计以及获得不同晶粒结构下的优良切削加工效果提供理论依据。本文主要进行了以下四个方面的研究：首先，基于图像处理技术进行材料微观结构的数字化建模。通过钛合金金相试样的设计和制备获得了理想的试样，在此基础上进行了SEM试验；研究了材料微观结构数字化建模的基础理论，论述了数字图像处理技术和数字图像处理的形态学方法；进一步对SEM图像进行了数字化图像分割、图像噪声消除、形态学处理等预处理，实现了微观结构较为复杂的钛合金SEM图像的数字化建模。该部分研究为高速切削有限元仿真分析提供了可靠的数字化模型。然后，进行了融合宏微观结构的钛合金高速切削有限元建模与仿真。通过对实际高速切削过程的分析和简化建立了钛合金高速切削有限元模型；考虑高速切削过程材料的高应变率、大应变、高温特征，引入Johnson-Cook本构关系模型描述材料的剧烈变化性能，利用分离式霍普金森压杆(SHPB)实验获得了Johnson-Cook本构模型参数，在此基础上构建了高速切削过程中的钛合金本构关系模型；借助有限元软件ABAQUS对钛合金高速切削过程进行了仿真分析，获得了融合宏微观结构特征下的高速切削切削力和切削温度数据，分析了锯齿状切屑的形成过程，构建了高切削过程中切削力和切削温度变化规律曲线，论述了钛合金晶粒变形情况及其对切屑成形、切削力、切削温度等方面的影响规律。进而，为了验证有限元仿真结果，开展了钛合金直角切削实验研究。根据正交切削力学特性设计了直角铣削实验，开发了实验专用装置，包括试件底座、试件和刀具三部分，测量了钛合金直角切削力和切削温度，分析了切削力和切削温度变化规律，将实验结果与钛合金高速切削有限元仿真结果进行了比较和分析，两种结果的一致性验证了有限元仿真结果的正确性。最后，针对另一种典型难加工材料镍基合金，采用相同的技术进行了融合宏微观结构的高速切削有限元仿真分析，研究了对应镍基合金晶粒结构的高速切削过程。基于有限元仿真结果研究了镍基合金切屑形成过程，建立了镍基合金GH4169的高速切削过程的切削力、切削温度变化曲线，论述了镍基合金晶粒结构对切屑成形、切削力、切削温度等方面的影响规律。