高硬度材料的高强度、高硬度等特性,使其在使用PCBN刀具进行硬切削时,通常将刀具切削刃进行T-land负倒棱处理,以增加刃口强度,提升刀具使用寿命。但是,另一方面带倒棱的圆弧刃口结构以较大的负前角进行切削时,又增加了对被切削材料的挤压作用,使切削区产生较大的切削变形,并使切屑流出时易发生积聚阻塞,形成较大的切削热力场,加剧刀具的磨损破损,降低切削表面质量,从而严重制约硬切削加工效率和加工零件的使役性能。为此,本文基于协调切屑流动和改善切削区状态的思想,设计了空间曲线形强化刃PCBN刀具,并针对淬硬钢材料,开展所设计刀具的切削性能试验研究。基于刀具刃区切削状态分析,针对定值倒棱PCNB刀具切削过程中存在的问题,根据协调切屑流动的思想,开展了PCBN刀具强化刃设计,并提出了渐变倒棱结构的空间曲线形强化刃,进行了近余弦强化刃和近正弦强化刃刀具设计。依据端面磨削方法,提出了逼近式磨削轨迹规划方案,建立了磨制轨迹的数学模型,结合三维软件对磨制过程进行仿真,应用Matlab提取仿真刃形曲线,并与理论刃线进行对比,优选工艺参数,实现了强化刃形的精密制备。提出刀具刃口缺陷、倒棱宽度和角度的检测方法,完成了对刀具制备精度的定量评价。设计近余弦强化刃、近正弦强化刃和定值倒棱三种PCBN刀具切削淬硬钢GCr15的对比试验,开展了切削参数和刃口结构对切削力、切屑形态和刀具磨损影响规律的研究。应用高速摄影机摄取切屑流动状态,分析切屑宏微观形态演变过程,揭示了强化刃口结构对切屑产生、卷曲及流出作用机制。开展强化刃刀具磨损过程和形貌特征的研究,揭示了强化刃刀具的磨损机制。为进一步协调切屑流动,提出了在前刀面上增加强化结构的设计方案,引入三维精密激光加工技术和喷砂表面处理相结合的方法,实现了前刀面上三维强化结构的制备。进行了近余弦强化刃和双斜壁近余弦强化刃刀具切削性能对比试验,发现双斜壁近余弦强化刃刀具在切削过程中体现出了良好的导屑和减缓冲击能力。研究不同切削条件下双斜壁近余弦强化刃刀具切削加工白层的形成机制,获得了双斜壁近余弦强化刃刀具切削加工表面形貌和残余应力随刀具磨损和切削速度的变化规律。最后,开展了不同倒棱刃口结构PCBN刀具切削过程动态特性实验研究,获得了切削参数对强化刃刀具切削振动特性的影响规律。进行强化刃刀具切削颤振系统动力学建模和振幅求解研究,并将求解得到的振幅引入到表面粗糙度的预测模型中。在此基础上,建立以表面质量和材料去除率为目标的优化模型,实现了基于改进遗传算法的切削参数多目标优化。