本文将软涂层和微纳织构两种效应有机结合,提出了全新的软涂层微纳织构自润滑刀具的概念和设计思路,通过对刀具表面微纳织构的制备关键技术、以及微纳织构刀具表面沉积固体润滑剂的涂层工艺和调控方法研究,研制开发出具有软涂层自润滑和微纳织构自润滑双重功能的软涂层微纳织构自润滑刀具,系统研究了软涂层微纳织构自润滑刀具的切削性能,阐明微纳织构和软涂层对切削力和切削温度的影响,揭示了该刀具的润滑作用机理。通过分析传统切削过程中的切削力和切削温度,阐明了刀具表面微纳织构和刀具表面软涂层对切削力和切削温度的影响。通过分析不同软涂层材料的性能特点,优选出最适宜的刀具软涂层WS2。运用吉布斯自由能函数法对软涂层材料与基体材料的化学相容性进行分析,发现反应生成物ZrC、ZrS2、TiS2不仅不会弱化WS2涂层良好的润滑性,而且能增大膜-基结合力,提高软涂层刀具的强度和抗压性。采用ANSYS有限元分析软件的稳态分析方法,对WS2软涂层刀具中的残余热应力的热-应力耦合问题进行分析,综合考虑优选出最佳的基体材料YS8和过渡层材料Zr,发现添加Zr作为过渡层可以改善涂层刀具界面结合处的应力状态。采用飞秒激光微加工技术来制备微纳织构刀具,分析认为表面等离子体波与入射光波干涉模型可以用来解释飞秒激光在硬质合金YS8刀片上加工出周期性微纳织构的原理。研究各个参数对加工微纳织构的影响,优化得到最佳的工艺参数：刀具材料选用YS8硬质合金、前处理工艺为抛光、飞秒激光单脉冲能量为2μJ、扫描速度为1000μm/s、扫描间距为5μm、扫描遍数为1遍。分别在刀具前刀面和后刀面设计并加工了微纳织构,结合飞秒激光微加工的最优工艺参数,制备出了微纳织构刀具。采用中频磁控溅射、多弧离子镀结合等离子体辅助沉积技术在微纳织构刀具表面沉积WS2软涂层。研究WS2软涂层的制备工艺参数对WS2软涂层性能的影响,优化得到最佳的沉积工艺参数：WS2靶电流1A、沉积温度200℃、基体负偏压100V、沉积时间180min。由此制备得到最佳的刀具微纳织构表面WS2软涂层性能参数：软涂层微纳织构表面形貌均匀规则、WS2Ⅱ型晶体结构结晶性较好、膜-基结合力58.47N、涂层厚度0.48μm、显微硬度388.85Hv。结合WS2软涂层刀具的结构和WS2软涂层最佳的制备工艺参数,由此制备出了软涂层微纳织构自润滑刀具。将传统硬质合金刀具(CT)、WS2软涂层刀具(WCT)、微纳织构刀具(TT)和WS2软涂层微纳织构自润滑刀具(WTT)进行车削45号调质钢的对比试验,研究WS2软涂层微纳织构自润滑刀具的切削性能。结果表明：相比于CT刀具,其余三种刀具均能够有效降低切削力、切削温度和刀具前刀面平均摩擦系数,其中WTT刀具作用最明显,WCT刀具次之；三种刀具均增大了剪切角,其中WTT刀具的剪切角最大；在相同的切削条件下,不管是前刀面还是后刀面,WTT刀具的抗粘结、抗磨损性能都是最好的；此外,三种刀具都能有效降低已加工工件表面粗糙度,其中WTT刀具加工的工件表面粗糙度最小。分析了微纳织构和软涂层对切削力和切削温度的影响,微纳织构能够减小刀-屑接触长度,软涂层能够降低前刀面上的平均剪切应力,两者均能显著降低切削力和切削温度。此外,揭示了WTT刀具的润滑作用机理,WTT刀具中的微纳织构能起到存储WS2软涂层的作用,当WTT刀具进行切削时,WS2软涂层在表面拖敷形成了一层极薄的润滑膜,当表面的润滑膜损耗或者破裂时,沟槽中的软涂层由于受热挤压会从沟槽中溢出到刀具表面,再次形成润滑膜,这样能明显改善刀具的抗粘结、抗磨损性能,提高刀具寿命。