超精密加工是先进制造技术主要研究内容之一。本文基于细观力学理论研究了介观尺度下材料的尺度效应;应用分子动力学和有限元仿真技术研究了超精密加工过程;并对磨削加工表面进行了测量和分析。分子动力学是纳米加工的重要研究手段。本文建立了纳米尺度下金刚石刀具对单晶硅工件切削加工的分子动力学仿真模型,对切削深度和刀具几何角度改变时纳米尺度下单晶硅切屑形成与加工表面生成机理进行了仿真分析。材料本构关系和最小切削厚度是超精密加工的理论基础。本文建立了考虑尺度效应的介观尺度材料本构关系,并推导了最小切削厚度的解析式。据此,研究了超精密加工中材料应力/应变和最小切削厚度的变化规律。研究结果表明:建立的本构关系能很好地反映材料性能的尺度效应;材料性能曲线的尺度效应随着切削深度的减小、前角增大和切削刃半径的减小而增大;最小切削深度随着摩擦系数的减小而增大,随着刀尖半径的减小而减小。运用介观尺寸材料本构关系,本文建立了超精密加工过程有限元模型,并对超精密加工过程进行了仿真。研究结果表明:超精密加工过程中增加刀具后角,最大等效应力和节点位移有所下降;刀具切削刃半径对加工表面质量影响较大,加工表面质量随着圆角半径的增大而降低;切削深度对加工表面质量的影响不明显;切削速度影响表面质量和切削效率,速度太大或太小都会影响加工表面质量;当磨削速度增大时,磨削力随着降低,但是最大位移量却随之变大,加工表面质量降低。本文利用粗糙度仪对超精密磨削加工表面进行了测量,得到了表面轮廓的原始采样数据。通过小波分解和重构成功将原始轮廓信号中的形状误差、波纹度和粗糙度进行分离,通过表面测量分析系统开展样块表面特性的研究,建立了表面评定参数集。