碳纤维增强树脂基复合材料CFRP,由于其比强度、比模量等指标较高,具有优良性能,在航天、化工机械、医疗器械和体育器械等领域得以广泛应用。随着零件结构越来越复杂,制造中需要对复合材料进行钻、铣、磨等二次机械加工。然而,由于CFRP硬度高,特别是其层铺结构,钻削过程中容易引起振动,常常导致钻削表面出现明显的凹坑、粗糙度大等缺陷,因此,钻削过程中振动的分析与控制显得尤为重要。本文针对CFRP钻削过程振动现象,对钻削振动、钻削力以及钻削质量进行理论分析和实验研究,主要研究内容如下:(1)针对钻削系统,根据微分方程分析CFRP钻削过程振动影响因素及其影响规律,主要包括钻削振动和钻削力、孔壁粗糙度三者间的相互反馈作用,并且探讨分析钻削材料、刀具材料、钻头几何参数和加工参数对钻削力的影响。探讨振动信号分析处理方法,并基于Labview虚拟仪器,开发设计一套切削振动信号测试系统,集数据采集、计算、分析和波形显示于一体,设计的系统可实现对振动信号的消除趋势项、滤波去噪、有效值计算以及功率谱密度函数换算等时频域分析。(2)搭建CFRP钻削振动和钻削力测试实验平台,分析钻削振动和钻削力的影响因素。首先,进行模态实验,分析振动系统前三阶固有频率;其次,针对不同加工阶段进行机床主轴振动测试实验,并根据空转、空转+空进给以及钻削过程的测试结果,分析振动源;最后,进行单因素和正交实验,分析主轴转速和进给速度对钻削振动、钻削力以及钻孔质量的影响规律,对实验结果进行极差分析和方差分析,以钻削振动、钻削力以及孔壁粗糙度最小为优化目标,求得主轴转速、进给速度、钻头顶角以及钻头材料的最优水平组合。(3)探讨钻削振动的控制方法,详细分析主动控制、被动控制以及加工参数控制这三种振动控制策略。通过CFRP钻削实验,比较传统麻花钻、三刃麻花钻和金刚石套料钻的钻削效果,研究结果表明:切削刃数的增加,切削刃单位长度上的钻削力减小,钻削振动幅值下降;套料钻上均布的钻削力可有效控制钻削振动。