激光原位辅助金刚石刀具可实现硬脆材料的韧性加工,可以提高材料表面质量,同时也能提高刀具寿命,被广泛应用于工程陶瓷、石英、玻璃等硬脆材料的超精密加工。激光透过金刚石刀具时,激光会与刀具产生折射、反射以及吸收等一系列等复杂变化,对激光能量造成损耗。同时金刚石刀具吸收激光能量在其内部会产生热能,使得金刚石刀具产生热变形,进而影响加工精度,同时增加刀具热疲劳效应。目前对于激光与金刚石刀具的耦合效应研究较少,且没有考虑刀具吸收能量产生的热效应。因此研究激光原位辅助金刚石刀具过程中的激光能量传输及刀具的热效应对于硬脆材料的超精密加工具有重要意义。本文首先从理论上推导了激光在金刚石中的传播与吸收过程,针对强激光对金刚石的损伤进行了详细介绍,并推导了金刚石在脉冲激光下的损伤模型。通过单晶锗的二维车削仿真,分析了切削参数与刀具参数对于单晶锗高压相变区的影响规律,为金刚石刀具设计以及激光入射选择提供理论指导。然后通过建立激光与普通圆弧刃金刚石刀具的能量耦合模型,分析了激光透过普通圆弧刃金刚石刀具后的能量密度及其分布,分析表明激光透过普通金刚石刀具会导致激光束发散,激光束能量不集中。针对这一问题,设计了一种前刀面与底面平行的金刚石刀具,经过模拟分析,得出了这种结构的金刚石刀具减少激光能量的损失,提高激光在金刚石刀具中的能量的传输效率,并同时对其强度进行了校核验算。利用有限元软件对刀具吸收激光能量产生的温度场与应力场进行了耦合仿真分析,研究了刀具温度场与热变形随激光辐照的变化关系。结合对金刚石刀具的温度分析,通过有限元软件分析分析了刀具热效应对于刀具疲劳寿命的影响,并对不同激光功率下刀具疲劳寿命进行了计算。最后通过搭建实验平台进行验证,模拟验证激光原位辅助金刚石刀具加工过程中因吸收激光能量刀具产生的传热效应以及刀具的热伸长规律。最后,依托同步开发的激光原位辅助金刚石刀具切削试验装置,通过控制加工参数一致的对比实验方法,建立普通圆弧刃车刀与设计改进的金刚石刀具对单晶锗的车削试验。同时分析了不同加工方案下对单晶锗加工质量的影响,得到了加工锗的相关工艺参数,并研究了普通圆弧刃刀具与改进的金刚石刀具磨损规律,进而验证了改进的金刚石刀具结构能提高激光的传输效率与对材料的加热软化效果,并能减低刀具吸收激光能量产生的热疲劳效应,显著降低刀具磨损速度。