虽然单晶金刚石刀具被广泛应用于有色金属及非金属材料的超精密加工并获得纳米表面粗糙度及超精密的加工表面,然而在铝基碳化硅等复合材料以及单晶硅、镁铝尖晶石等硬脆材料超精密切削加工中却存在磨损速度快、刀具寿命短、加工表面质量差等问题,这严重制约了相关材料超精密加工技术的发展。因此,研究性能更为优越的纳米孪晶金刚石（nanotwinned diamond,nt-D）等新材料超精密切削刀具具有极为重要的科学意义与应用前景。本文开展了基于飞秒激光-机械化学抛光的nt-D超精密切削刀具制造方法研究,以研发具有纳米级切削刃锋利度的nt-D超精密切削刀具制造技术,为具有更高耐磨损性能、切削表面质量更稳定的超精密切削刀具发展提供理论与技术支撑。论文主要研究内容包括nt-D材料飞秒激光加工材料去除机理及工艺研究、nt-D刀具飞秒激光高精度制备方法研究、圆弧刃nt-D刀具的机械研磨半精加工机理与工艺研究和机械化学抛光机理与工艺研究,并进行了nt-D超精密切削刀具性能测试。在nt-D材料飞秒激光加工机理及工艺研究方面,本文研究了nt-D材料的飞秒激光加工材料去除机理及激光加工表面形成机制,计算了纳米孪晶金刚石材料飞秒激光加工烧蚀阈值,揭示了激光波长、激光脉冲重复频率、激光脉冲作用频率等飞秒激光加工工艺参数对加工微槽深度、宽度及平面表面粗糙度的影响规律,分析了激光入射方向及扫描方式对飞秒激光加工nt-D材料表面形貌及表面质量的影响。最终,在nt-D材料飞秒激光加工机理及工艺研究的基础上,提出了nt-D刀具飞秒激光精密加工成形策略。针对nt-D切削刀具的飞秒激光精密成型方法,本文分析了飞秒激光加工nt-D刀具表面粗糙度、刃口锋利度及材料去除效率的主要影响因素,建立了次摆线扫描轨迹的脉冲重叠理论模型并解析了激光能量密度分布规律,提出了基于振镜的激光扫描轨迹优化及加工表面激光能量分布调控的nt-D刀具飞秒激光加工工艺控制策略,为nt-D刀具飞秒激光加工工艺参数优化提供了理论依据。基于激光加工实验研究了飞秒激光加工工艺参数对nt-D材料加工表面质量及材料去除效率的影响,优化了nt-D刀具的飞秒激光成型工艺参数,最终制备了具有微米级圆弧轮廓精度、亚微米级切削刃钝圆半径、数十纳米表面粗糙度的圆弧刃nt-D刀具。飞秒激光加工制备的nt-D刀具需要进一步半精加工以获得纳米级表面粗糙度及所需的切削刃锋利度,机械研磨是金刚石刀具的重要加工方法。本文研究了nt-D材料机械研磨后材料表层显微结构和化学成分演变及材料去除机理,分析了研磨工艺参数对研磨表面粗糙度和表面变质层厚度的影响机制,揭示了机械研磨nt-D刀具的切削刃形成机理,发现晶粒脱落是制约切削刃锋利度的主要因素。因此,nt-D刀具需要采用机械化学抛光等方法继续加工以获得适于超精密切削的切削刃锋利度,而机械研磨方法仅适于nt-D刀具半精加工。本文还设计了nt-D刀具圆弧刃后刀面机械研磨装置,并研究了研磨主轴转速和刀尖摆动频率对后刀面表面粗糙度的影响规律。在nt-D刀具表面机械抛光的基础上,本文搭建了机械化学抛光装置并优选了机械化学抛光氧化剂溶液,分析了nt-D材料机械化学抛光材料去除机理,研究了抛光工艺参数对抛光表面质量、材料去除效率、表面变质层及切削刃锋利度等的影响规律,最后基于机械化学抛光成功制备了具有亚纳米级表面粗糙度、纳米级厚度表面变质层、64 nm切削刃钝圆半径的nt-D超精密切削刀具。基于铝基碳化硅复合材料和多晶镁铝尖晶石材料切削加工,研究发现本文制备的nt-D超精密切削刀具耐磨损性能、抗冲击性能及切削加工表面质量均优于单晶金刚石刀具。