碳纤维复合材料(CFRP)作为一种先进的复合材料具有轻质、高强度、低膨胀系数、良好的耐热性和吸振性能,在航空航天、汽车等领域已有广泛的应用。在复合材料的广泛应用中,需要大量的二次机械加工,尤其是在复合材料的零件与其他零部件装配连接时,不可避免的要进行大量孔加工。但是CFRP力学性能呈各向异性,层间强度低,钻孔加工时存在易产生缺陷、刀具磨损严重、加工效率低下、环境污染严重等诸如问题,是典型的难加工材料。本文以碳纤维增强/树脂基(C/E)复合材料为研究对象,从钻孔缺陷成因、影响因素以及高效制孔技术等几个方面入手,探索碳纤维复合材料钻孔加工中纤维方向、钻削力、钻削热、切削速度等因素对钻孔缺陷的影响和规律,在此基础上,开发“以磨代钻”刀具和相应制孔新工艺,研制出GM1000回转类高速数控钻磨机床,实现了碳纤维复合材料构件的数字化加工。课题主要研究内容和取得的学术成果如下：(1)对钻孔孔壁表面微观和入口、出口进行了详细的观察分析,总结钻孔缺陷产生类型及缺陷特征；分析切削过程中材料去除的特点,并在二元切削的模型的基础上建立单丝切削模型,分析缺陷的产生机理；以单层碳纤维复合材料为研究对象,采用单点飞切试探索缺陷形成机理,分析刀具类型、切削速度对切削质量的影响；最后建立了钻孔缺陷出口侧缺陷分布模型。(2)研究钻孔过程中钻削力的特点,通过建立分层、撕裂、毛刺缺陷的评价指标与钻削轴向力的关系,研究钻削轴向力对钻孔缺陷的影响规律；利用人工加热等方法模拟切削区温度,通过单点飞切单层碳纤维方法研究温度对飞切质量的影响规律；模拟钻削热对钻孔缺陷的影响规律,并对工艺参数对钻削温度的影响规律进行试验研究。(3)针对碳纤维复合材料钻孔加工刀具磨损严重、钻孔质量差等难题,从开发“以磨代钻”系列刀具及其相关新工艺,并与传统硬质合金钻头进行对比试验研究,验证了“以磨代钻”刀具钻削碳纤维复合材料的合理性；探寻“以磨代钻”刀具钻孔时钻削温度的变化规律,为合理的选用碳纤维复合材料制孔刀具和工艺参数提供理论支持。(4)以“以磨代钻”制孔技术为基础研制出GM1000回转类高速数控钻磨机床,并运用小切深大进给分层“以磨代铣”工艺方案等实现碳纤维复合材料构件数字化加工,制定了相应的数字化加工工艺规程。本文的研究成果揭示了钻孔缺陷的形成机理,探讨了力、热等因素对钻孔缺陷的影响；开发碳纤维复合材料钻孔新型刀具及新工艺,获得了良好的加工质量和加工效率；以制孔技术为基础,针对某型号碳纤维复合材料舱段构件开发研制ZM1000型数控钻磨机床及加工工艺规程,实现碳纤维复合材料数字化加工方面的突破。