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高速硬切削加工中通常选用PCBN刀具进行切削,而PCBN刀具材料较脆,通常在刃口上磨制负倒棱以提高刀具刃口强度,延长使用寿命。但负倒棱结构会使切屑阻塞积聚,导致切削力和切削温度升高,加剧刀具磨损失效。为改善上述问题,本文结合空间曲线刃协调切屑流动的特点,设计了近余弦强化刃PCBN刀具,并结合刀具结构和机床磨削加工方式,利用线性逼近的方式制备出符合加工精度要求的近余弦强化刃PCBN刀具。同时开展高速硬切削实验,与定值倒棱PCBN刀具进行对比,分析其切削加工性能,为PCBN刀具的开发和应用提供理论基础。首先,研究近余弦强化刃PCBN刀具的设计和制备方法。针对硬切削过程中排屑散热、降低切削阻力问题,提出近余弦强化刃PCBN刀具,并利用软件MATLAB对刀具刃线进行数值模拟;结合端面磨削和化归思想,提出了逼近式磨削轨迹规划方案,并利用轨迹仿真和磨削实验优选了磨削次数;提出了近余弦强化刃刀具刃口缺陷、倒棱宽度和角度等参数的精度检测方法,完成了对所开发刀具磨削精度的定量评价。其次,开展高速硬切削实验,提出切屑宏微观形态、月牙洼磨损、加工表层微观结构的检测方法。与定值倒棱PCBN刀具进行对比研究,分析切削参数和刀具磨损对两种结构刀具切削力和切削温度的影响。并基于高速摄影技术,研究近余弦强化刃刀具对宏观切屑流出状态的影响,之后对保留的切屑进行金相实验,分析其在微观切屑形态上的特点。最后,对两种结构刀具的磨损过程进行分析,并采用月牙洼磨损面积、深度、月牙洼磨损区域距切削刃距离、后刀面磨损长度、宽度等指标对刀具磨损形貌进行评价,揭示刀具磨损机理。基于两种结构刀具的磨损特性,对其加工表面形貌、白层、残余应力等特征进行评价,分析近余弦强化刃刀具在切削加工方面的优势。