TC4钛合金具有优异的物理力学性能、生物相容性、耐蚀性,但是钛合金导热系数低、弹性模量小、加工粘性大,加工过程中弹性回复大、切削区域温度高、刀具损耗量大,难以获得高质量的加工表面。各领域对具有纳米级表面粗糙度和微纳结构化功能表面的钛合金制件的需求日益增加,但我国对深冷加工技术等先进加工技术方向上钛合金超精密加工工艺机理的认识不够,导致加工水平低与社会实际需求相矛盾。单点金刚石加工技术可以加工出具有亚微米级形状精度和纳米级表面粗糙度的零件,是一种优越的超精密加工技术。在钛合金单点金刚石加工过程中冷却润滑方式、冷却润滑剂的作用位置、冷源温度和切削速度等工艺因素均会显著影响钛合金单点金刚石的加工性能,从而影响刀具寿命和已加工面的表面质量。为此,本文基于深冷加工技术开展切削实验,全面研究了上述工艺因素对钛合金单点金刚石加工性能的影响并深入探索其作用机理。本文完成的工作及主要研究结论包括:通过Abaqus有限元分析软件模拟研究了钛合金金刚石常规尺度切削和微纳尺度切削,结果表明低温氮气加工（CW）和低温氮气加最小量润滑剂（MQL）混合加工（CW+MQL）两种低温冷却润滑方式均有效降低了切削温度和切削力,其中CW+MQL具有最高的冷却效率。开发了一套使用液氮作为制冷剂能满足超精密加工实验要求的超低温切削氮气发生装置,为钛合金超精密深冷加工实验营造了一个持续稳定的氮气保护深冷加工环境。将CW喷嘴和MQL喷嘴同时指向前刀面时,能获得最好的表面质量,说明高的冷却效率和润滑性对于改善钛合金加工性能都必不可少,且MQL和CW同时作用于前刀面时效果最好。综合考虑加工过程的犁耕效应、弹性回复、塑性侧流和热软化效应发现,由犁耕效应导致的弹性回复和热软化效应导致的塑性侧流共同组成了钛合金单点金刚石加工微观表面的“M”形结构特征,基于“M”形结构特征分别研究不同工艺条件下钛合金单点金刚石加工过程的弹塑性变形机制。实验结果表明:降低加工温度能减少弹性回复并限制塑性侧流;50rpm低速切削时发热量少热软化效应低,弹性回复是影响加工质量的关键因素,而CW和CW+MQL的已加工面表面粗糙度显著低于MQL说明超低温加工条件能显著降低弹性回复提高材料切除率;2000rpm高速切削时表面粗糙度低,原因是热软化效应降低了材料的剪切强度使其更容易被切除。但是热软化效应会促进切削边缘的塑性侧流,不利于获得高质量的加工表面。MQL提供的良好润滑效果能隔离刀具与切屑,降低两者之间的结合力并显著降低刀具面上材料的粘结,从而减小源自积屑层的高摩擦系数和由积屑瘤导致的高应变硬化,降低了摩擦系数和已加工面的表面硬度。深冷加工条件削弱了润滑剂的润滑效果,导致刀具与工件之间的结合力增加,这会增大积屑瘤的尺寸并产生更强烈的犁耕效应,从而增加弹性回复并进一步加剧摩擦效应;此外,超低温冷却润滑工艺会增强加工硬化从而增加已加工面的表面硬度;这导致深冷加工产生了更高的摩擦力和剪切力。三种冷却润滑方式的刀具磨损程度从大到小依次为:CW+MQL、MQL、CW。原因是MQL提供的有效润滑油膜和CW切削刃上堆积的积屑瘤都对刀具切削刃起到了保护作用。