摘 要：碳纤维增强树脂基复合材料（Carbon Fiber Reinforced Polymer，简称 CFRP）具有质量轻、强度高、耐高温、疲劳性能优越等优点，被广泛应用于航空航天领域。但由于其独特的物理结构和化学特性，使得其切削过程中加工性能差、刀具磨损严重、工艺参数难以控制，在很大程度上制约了CFRP的发展和应用。本文通过实验，采集加工过程中的切削力并对其进行数据处理，分析出切削参数、刀具对铣削力的影响规律。
　　关键词：碳纤维增强树脂基复合材料;铣削力
　　1 试验条件
　　1.1 试验材料
　　试件为板状斜纹织物碳纤维增强树脂基复合材料（T300/阻燃环氧树脂）。
　　1.2 试验刀具
　　本实验选用金刚石涂层多齿刀具、无涂层多齿刀具及金刚石涂层交错齿刀具三种刀具，刀具直径均为12mm。
　　1.3 测力系统
　　铣削力测试系统包括三向动态压电式测力仪、电荷放大器和数据采集与处理系统。
　　2 试验方案
　　本文将采用正交试验设计法，进行不同铣削参数组合下的铣削加工试验，获得铣削加工过程中的铣削力。
　　2.1 铣削力的测试方案
　　本实验采用压电式测力仪对铣削力进行测量，分别将平行及垂直于刀具进给方向的力定义为Fx和Fy。
　　2.2 铣削力数据采集分析
　　本文采用三因素三水平正交试验的方法进行碳纤维增强阻燃环氧树脂基复合材料的铣削加工试验，采集加工过程中的铣削力信号。实验首先采用控制变量法使用金刚石涂层多齿刀具探究铣削速度、进给速度和铣削深度对铣削力的影响规律，各要素实验参数见下表;随后分别使用无涂层多齿刀具和金刚石涂层交错齿刀具在相同的试验参数下进行了侧铣CFRP的试验，以探究刀具对铣削力的影响规律。三组试验全部实验使用无冷却顺铣加工方式，采用统一的轴向切深ap=19mm。
　　3 试验结果分析
　　3.1 切削参数对切削力的影响
　　根据正交实验测得的数据进行处理得到侧铣CFRP时的铣削力数据，对其进行极差分析。分析极差结果为各个因素对X方向铣削力的影响程度依次为：每齿进给量>径向切深>切削速度;Y方向铣削力的影响程度依次为：径向切深>每齿进给量>切削速度。
　　根据实验数据，在侧铣碳纤维增强复合材料时各工艺参数对切削力的影响趋势如图1。可以看出，在所选的参数范围内，随着主轴转速的增加，切削力Fx、Fy基本不变。这是因为切削速度的增加会减少每齿进给量，产生对切削力降低有利的因素;而切削速度增加时单位时间内刀具的切削次数增加，造成切削温度升高，CFRP材料软化进而容易形成切屑瘤，导致刀具磨损严重切削力增大。随着每齿进给量的增大，切削力逐渐增大。这是因为每齿进给量的提高会导致刀具切除材料的厚度变大，单位时间切除的材料增多。在增加材料切除率的同时也增加了切削过程中的摩擦，使切削力升高。切削力随径向切深的增加也呈现明显的增大趋势，对于侧铣CFRP来说，径向切深是影响其加工过程的重要参数，随着其值增大刀具与工件表面的接触面积增大，刀刃在材料内部的切削距离增加，摩擦增大进而导致切削力升高。
　　a）Vc对切削力的影响 （b）FZ对切削力的影响
　　（c）ae对切削力的影响
　　3.2 刀具材料及结构对切削力的影响
　　根据正交试验结果三种刀具不同铣削参数下铣削力Fx和Fy的对比。如图2，可以看出侧铣加工时，涂层对Fx几乎没有影响，但是涂层刀具的Fy大于非涂层刀具，是由于对于新刀具而言，无涂层铣刀的刃口半径较小，刀具较锋利，金刚石涂层铣刀刃口半径大，初始状态较无涂层刀具钝，因此切削力增大。交错齿刀具的Fx小于多齿刀具，但Fy大于多齿刀具，说明交错齿刀具可以减小进给方向的力，但會造成垂直进给方向上的力的增加，容易引起刀具的弯曲变形进而影响加工质量。三种刀具切削力都随着每齿进给量以及径向切深的