CFRP具有优异的力学性能,被广泛的应用在各个领域。然而,由于材料的各向异性、硬度高、导热性差等特点,在CFRP钻孔加工的过程中容易造成CFRP分层、孔出入口的撕裂和毛刺、刀具寿命降低等缺陷。针对以上问题,本文进行了以下四个方面的研究:首先,对CFRP的切削机理与缺陷进行研究,对单层CFRP板和钻孔后孔壁的微观形态进行观察和分析,可以得出:不同的θ角下加工CFRP形成切屑的形式不同;碳纤维断口和树脂基体涂附表面两部分组成了 CFRP的孔壁微表面;在0°～360°的范围内,表面的粗糙度呈对称分布。根据CFRP旋刨制孔时的受力模型得到切削力的理论公式,得出刀具的轴向力Fz的大小受到θ角、刀具的加工参数和几何参数的影响,对旋刨刀的优化设计做理论支撑。然后,对CFRP旋刨刀的可行性进行了实验验证,在不同的进给速度vf和转速n下对旋刨刀、麻花钻、套料钻进行钻削实验,对比分析得到三种刀具的轴向力Fz的大小,并用MATLAB进行数据拟合,得到三种刀具Fz的二元二次经验公式。分析可以得到:在n一定时,Fz随着vf的增大而增大,两者变化趋势几乎成线性关系;在vf一定时,Fz随着n的增大而减小,且vf越小,这种变化越明显;三种刀具在n = 5000r/min和vf = 150mm/min时,Fz旋刨刀<Fz套料钻<Fz麻花钻’即旋刨刀的轴向力最小,加工质量也最好,从而验证了旋刨刀的可行性。其次,对旋刨刀的结构进行设计,基于HASHIN准则,利用ABAQUS模拟CFRP三维钻削,通过改变刀具的几何参数,得到一个优化的值后,然后进行钻削正交试验,通过测量轴向力Fz和CFRP出入口的加工质量来判断比较,从而得出刀具几何角度最优组合为前角γ0= 15°后角α0= 10°主偏角kr = 75°副偏角kr=5°。按照对Fz的影响程度依次为:主偏角>前角>副偏角>后角。和仿真结果一致,误差在可以接受的范围之内。用MATLAB拟合平均撕裂长度L(?)关于Fz的一元一次的曲线和表达式,表明两者呈正相关的关系。最后,采用超声C扫描对CFRP的分层缺陷进行分析,得出分层因子和Fz呈正相关;同时对优化后几何角度的旋刨刀进行刀具磨损实验,分析得出VB值和Fz的大小几乎呈线性的关系,因此可以用Fz来预测分层缺陷的程度和刀具的大致的磨损程度。旋刨刀的失效形式主要是后刀面的磨粒磨损以及刀具的崩刃失效。