近年来,微细加工技术在生物医疗、航空航天等领域有广泛应用,其中微刀具的性能是制约该技术发展的重要因素之一。化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition,CVD)金刚石微刀具因其具有优异的切削性能以及良好的经济性而备受关注。目前的研究中发现其在加工过程中容易发生刀具失效,但损伤失效机理尚不明晰,且缺乏对其切削性能影响因素的具体研究。因此本文采用扩展有限元仿真的方法分析了CVD金刚石材料的裂纹损伤形式,数值模拟了刀具在三维铣削加工过程中的受力状况及裂纹扩展情况,并通过微铣削加工实验总结了刀具的损伤失效形式,探讨了不同工艺参数对刀具切削性能的影响。本文的研究内容对进一步明晰CVD金刚石微刀具的裂纹损伤机理,提高微细加工质量有着重要的意义。本文首先基于扩展有限元法研究了CVD金刚石在多种裂纹模式下的损伤失效现象,分析了单条预置裂纹扩展过程中不同模型参数对应力强度因子的影响规律;建立了含有缺陷的CVD金刚石材料模型,模拟了裂纹从萌生到扩展,直至涂层脱落失效的整个演化过程,总结了三种典型的因材料缺陷交互作用而产生的裂纹损伤形式;通过在CVD金刚石模型中预置微裂纹,探讨了多裂纹扩展过程中的竞争耦合机制,进一步揭示了CVD金刚石材料的裂纹损伤机理。其次,通过建立CVD金刚石微铣刀的三维微铣削仿真模型,模拟了微细加工过程,分析了仿真中工件的表面形貌并提取了三向切削力;基于仿真获得的切削力数据进行了CVD金刚石微铣刀裂纹损伤的数值模拟,计算了刀具的应力分布并分析了刀具损伤失效形式;研究了不同仿真参数对工件形貌、切削力大小以及刀具损伤的影响,并为微铣削加工实验提供理论指导。最后,开展了CVD金刚石微铣刀对TC4钛合金的微铣削加工实验,对刀具在加工过程中产生的多种损伤失效行为进行了研究,重点分析了裂纹损伤的现象及成因;采用单因素实验的方法,检测分析了加工过程中的切削力与工件表面质量。研究了主轴转速、进给速度、铣削深度对刀具切削性能的影响,确定了合理的工艺参数组合,并对仿真结果进行了验证。