以高切削速度、高进给量和高加工精度为特征的高速切削加工技术，自其理念的提出就引起了广泛关注，成为切削加工的研究热点。但相对传统加工技术，高速切削的研究仍处于起步阶段。已有的研究成果表明，数值方法是研究高速切削加工机理的一种有效手段，不仅可以克服试验方法的不足，能够对切削过程中切屑形成、切削力、温度场、应力应变分布等状态参数进行定量的预测，而且对节省加工时间和成本，提高加工精度具有重要的意义。本文首先从金属切削理论出发，结合数值模拟方法，对高速金属切削过程的有限元建模理论及求解方法进行了分析，系统总结了高速金属切削过程模拟的关键技术，包括切削加工有限元方程的建立；工件材料的流动应力模型；有限元网格划分方法；切屑分离准则；材料断裂准则；接触摩擦模型；切削热的产生和温度分布；残余应力和残余应变的分析等。然后建立二维正交切削加工模型，通过采用粘结-滑移摩擦模型，有效地模拟了不同速度下金属切削加工过程，就切削速度对金属切削的影响进行了分析，并且模拟结果与试验结果取得了较好的吻合。在此基础上，建立基于硬度的材料流动应力模型，模拟了高速切削条件下锯齿状切屑的形成过程，揭示了锯齿状切屑的形成机理。同时通过采用不同摩擦系数，模拟了切削达到稳定状态后工件表面残余应力的分布情况，分析了切削摩擦状况对工件表面残余应力的影响。接着，建立刀具的磨损模型，采用三维有限元模型分别在普通和高速条件下预测了刀具的磨损情况，探讨了刀具的磨损机理及影响因素。最后，在前面工作的基础上，针对刀具参数进行了研究，通过采用不同刀具前角和切削刃形状进行切削模拟，总结了刀具的几何形状对切削加工的影响规律。同时还比较了涂层与未涂层刀具在高速切削过程中的影响，并取得了与试验结果相一致的结论。本文利用数值方法研究高速金属切削机理，通过对研究结果的分析比较，不仅验证了数值模拟的可行性，而且为工程应用提供了可参考的结论。