本发明公开了一种梯度成分设计的纳米复合刀具涂层及其制备方法，在刀具基体表面采用物理气相沉积技术先涂覆一层氮化钛过渡层，然后通过弧靶电流的渐变调节，涂镀硅含量梯度增加的钛铝硅氮化物涂层，最后再涂镀一层富硅的钛硅氮涂层，其中氮化钛过渡层的厚度0.1～0.3微米，梯度变化钛铝硅氮层1～4微米，表面富硅钛硅氮层0.2～0.5微米；本发明涂层晶粒大小5～15nm，涂层总厚度1.3～4.8μm，涂层显微硬度25～40GPa，高温稳定性1100℃以上；使用本发明制成的刀具，其抗机械磨损性能和抗高温氧化性能均有大幅度提高，可以满足高速加工对刀具材料更好性能的需求。