钛合金材料具有较好的综合性能在航空制造业中被广泛应用，但钛合金是典型的难加工材料，其切削效率低，刀具寿命短，加工成本高。因此，研究新型材料刀具在钛合金切削中的应用，提高钛合金加工工艺水平是当前亟需解决的问题。本文针对PCD刀具切削钛合金进行了深入的研究。针对切削钛合金的PCD刀具优选，采用正交试验方法进行试验设计，利用有限元分析软件对钛合金三维车削过程进行仿真，以切削力和切削温度为考查目标，对刀具的几何参数进行了优选。通过对不同厂家生产的PCD刀具磨损现象分析，获得了切削钛合金时低粒度的PCD刀具具有较好的抗磨特性。通过PCD刀具车削钛合金的试验研究，分析了切削参数对切削力、切削振动、切削温度和表面粗糙度的影响，并对切削参数范围进行优化。利用正交试验和回归分析方法建立了切削力、切削温度和表面粗糙度的预测模型，并进行了误差分析和显著检验，结果表明预测方程可以对切削力、切削温度和表面粗糙度有效的预测。通过切削钛合金的PCD刀具磨损及寿命试验研究，对PCD刀具磨损、破损形态进行了观察，分析了PCD刀具磨损机理及刀具后刀面磨损量对切削力、切削振动的影响，建立了刀具寿命预测模型。建立了以最大金属去除率、最长刀具寿命为目标函数的优化数学模型，在考虑切削参数、切削力、切削温度、表面粗糙度约束条件下，利用MATLAB软件实现了切削参数的优化，为钛合金的切削加工工艺改善提供了参考。