切削加工过程物理仿真能预测真实切削状态下刀具的切削力及切削温度、工件的残余应力及切屑形态等重要物理量，为优化切削用量及刀具几何参数提供了一种新方法，能有效降低试切实验费用。为更精确地模拟切削加工过程，本文对影响切削过程物理仿真精度的关键技术－刀具/切屑摩擦模型及材料失效准则进行了改进，并将其用于难加工材料钛合金Ti-6Al-4V的车削过程及难加工材料Cr12MoV淬硬模具钢的球头铣削过程物理仿真模型中。主要研究内容如下：将断裂力学的裂纹扩展能量理论作为材料损伤演化准则引入切削仿真，使材料失效准则的取值具有规范性且更符合切削过程的物理本质。通过考虑刀具/切屑接触面上的极限剪切应力随摩擦系数变化、摩擦系数随温度而变化，改进了刀具/切屑摩擦模型。通过对三维外圆车削过程进行简化，建立了钛合金二维正交平面应变切削几何模型。基于该几何模型及改进的材料失效准则、刀具/切屑摩擦模型，建立了钛合金车削过程有限元物理仿真模型；进行了车削试验与切屑金相观察试验，结果表明仿真与试验的切削力及切屑形态吻合程度较高，证明该车削物理仿真模型具有一定的预测精度。通过比较不同切削参数组合试验所产生的切屑微观形态，得到了切削速度及进给量对锯齿切屑几何形态的影响规律。取3个不同的前角进行仿真，得出了车刀前角对切屑卷曲及局部变形程度、剪切角、锯齿几何、刀具温度的影响规律。按照实际加工工序分进刀、退刀、卸载、冷却四个步骤，模拟了切削加工过程工件的残余应力分布及变化趋势。基于球头立铣刀CAD模型及改进的材料失效准则、刀具/切屑摩擦模型，建立了淬硬模具钢Cr12MoV球头铣削过程物理仿真模型；进行了Cr12MoV模具钢的球头铣削试验，结果表明仿真与试验的铣削力误差在15%以内，证明该球头铣削过程物理仿真模型能较精确地预测铣削力。建立了球头铣削过程铣削力理论预测值关于6个切削力系数及刀具旋转角度的关系式。采用所建立的球头铣削物理仿真模型进行多组不同铣削参数的仿真试验，对预测的切削力进行数据拟合，得到3个剪切力系数，可克服传统的需要做大量试验来确定剪切力系数的方法的缺点，降低试验成本。