常规PDC钻头的刮切理论很大程度上限制了钻头在难钻地层的切削效率和工作寿命。复合旋切式PDC钻头是一种采用固定刀翼混合布齿切削结构与布有锥形齿的旋切轮在井底形成网状交叉切削痕迹,从而实现牙齿交叉旋切破岩原理的新思想,对于提高钻头的适应性和破岩效率具有重要意义。为此,本文针对复合旋切式PDC钻头的切削结构开展了相关理论、数值模拟及试验研究。主要研究内容如下:（1）依据等切削原理建立了复合旋切式PDC钻头的平底型冠部轮廓曲线方程,并对刀翼进行锥形齿与常规PDC齿的混合布齿设计;对旋切轮上切削齿进行了受力分析,确定了最佳齿型及布齿方式,并建立了旋切轮的几何位置参数方程;对切削结构的行星运动机构进行了运动特性分析,得出了轮系的临界传动比表达式及其合理范围;建立了旋切轮在切削过程中的切削轨迹方程,利用MATLAB生成了切痕,并分析了其影响因素,为钻头切削结构的设计奠定了基础。（2）在理论研究的基础上,采用显式有限元方法分别对刀翼进行了锥形齿与常规PDC齿同轨和异轨组合破岩的数值模拟研究。对同轨组合破岩的研究,得出了锥形齿的预破碎深度对常规PDC齿的切削力、轴向力以及机械比功的影响规律,并确定了锥形齿临界预切削深度为1.2mm;对异轨组合破岩的研究,得出了锥形齿与常规PDC齿的布齿高度差和布齿间距对常规PDC齿的切削力、轴向力以及机械比功的影响规律,并确定了最佳布齿高度差和布齿间距分别为0.4mm和9mm;对两种PDC齿组合切削过程的动态损伤云图及裂纹分析,揭示了同轨和异轨组合切削的破岩机理。（3）根据数值模拟结果,进行了锥型齿与常规PDC齿混合布齿切削的试验研究。对混合布齿切削试验装置进行了设计和标定,并开展了常规PDC齿与锥形齿同轨和异轨混合布齿切削岩石试验,验证了数值模拟结果可靠;从切削过程的力信号和岩屑对混合布齿破岩机理进行了更深入的揭示,结果表明:同轨切削时,锥形齿的预破碎使常规PDC齿的后续破岩机制变为脆性破坏为主,破岩难度降低,所受冲击减小,有助于提高切削齿使用寿命;异轨切削时,合理的混合布齿参数有助于岩石内部裂纹的形成与拓展,使常规PDC齿破岩难度降低,岩石更易发生体积破碎,进而提高破岩效率,为复合旋切式PDC钻头的优化设计奠定了基础。