涂层刀具在切削加工中应用越来越广泛，传统刀具涂层开发往往是采用探索实验方法来制备各种性能涂层刀具，产品开发进度缓慢。现代计算机数值模拟技术的发展，为刀具涂层快速研发提供了一种新的可能。本文依托国家科技重大专项和国家自然科学基金，利用计算机仿真，结合涂层刀具切削实验，系统研究了涂层种类、涂层物理性能参数、工件材质、切削加工参数、刀具结构参数以及涂层表面织构等对涂层刀具切削性能的影响，从试验角度为涂层刀具的选用以及高性能刀具涂层开发提供了重要的理论和实验数据。本文取得的主要成果和结论如下：1、基于DEFORM和ABAQUS等软件，分别建立了硬质合金涂层刀具车削过程的二维和三维仿真计算模型，实现了涂层刀具车削过程的动态参数分析与获取。2、通过仿真计算研究了TiN、TiCN和TiAlN三种涂层对刀具切削性能影响规律，结果表明：涂层类型对涂层刀具切削性能影响较大。在切削过程中无涂层刀具的切削力、刀具应力、磨损量最高，TiN涂层刀具次之，TiAlN涂层刀具最小；无涂层刀具的切削温度最高，TiCN涂层刀具次之，TiAlN涂层刀具最低。3、TiN涂层刀具切削铝、铜、不锈钢和45钢棒材的计算机仿真研究确认：TiN涂层刀具切削铝件、铜件、不锈钢和45钢时的切削温度、刀具应力、主切削力和刀具磨损量都表现为切削铝件时最小，切削铜件时次之，切削45钢时最大。4、仿真计算分析了刀具结构和切削加工参数对无涂层刀具切削性能影响。结果表明：刀具切削温度随着刀具前角增大而增加，切削力和刀/屑间接触长度均随着刀具前角的增大而减小；不同后角刀具切削时，切削温度也会随着刀具后角增大而增加，主切削力与刀/屑间接触长度均随刀具后角增加而减小。切削温度随着切削速度的增加而增加，切削力随着切削速度的增加而下降。同时，随着切削深度的增加，切削温度和切削力均随着切深而增加。5、结合FIB刀具涂层微观刻蚀及其车削实验，通过仿真计算研究了双横条形织构和单竖条形微观织构对涂层刀具切削性能影响，发现刀具涂层表面微观织构化处理有利于降低刀具切削温度、减小磨损，其中，双横条形织构刀具尤为明显。6、通过对涂层主要物理参数影响涂层刀具热应力分布规律的仿真分析发现，在切削条件一定时，刀具涂层的热应力与涂层导热系数、热膨胀系数和弹性模量基本呈线性关系。在设计刀具涂层时，应当优先考虑涂层热膨胀系数，其次考虑导热系数，最后在保证涂层与基体结合强度和涂层变形程度情况下，合理选择弹性模量。