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碳纤维增强树脂基复合材料（本文中简称为CFRP）和钛合金（本文中简称为Ti）叠层结构因具有优异的机械/物理性能已在航空航天领域得到了日益广泛的应用。这类叠层结构通常采用螺接或铆接的连接方式,因此制孔已成为此类叠层结构零件制造过程的必要环节。作为主承力构件,CFRP和Ti叠层结构零部件通常承受复杂多变的力热载荷,为了保证叠层结构良好的连接性能,叠层结构制孔质量要求高。与传统分体制孔相比,叠层结构一体化制孔可以有效降低连接孔位置误差。但由于组成的叠层结构的CFRP和钛合金均为难加工材料,且加工性能差异大,一体化制孔过程中刀具结构及加工工艺适用性差,致使制孔损伤频发,尤其对于叠层界面以及钻削出口损伤更加严重。针对上述问题,本文在CFRP和Ti叠层结构钻削中叠层界面及出口损伤产生机理、影响因素以及抑制方法等方面进行系统的研究与讨论,主要研内容如下:（1）分析钻削叠层结构界面区域时材料受力特点,并基于弹性地基梁理论,以单纤维代表单元为研究对象,建立了虑及周围材料和钛合金约束作用的细观尺度力学模型,获取了钛合金对纤维的挤压和支撑作用以及作用程度对纤维变形和断裂的影响。在此基础上,考虑钛合金约束作用对CFRP面下损伤形成的影响,基于宏观等效均质假设,建立了叠层界面区域材料一体化切削有限元模型,模拟了叠层界面区域CFRP面下损伤从起始产生到扩展演化的完整过程,获取了纤维方向、切削参数、叠层顺序以及钛合金约束作用程度对CFRP面下损伤深度的影响。结果表明,减少钛合金的挤压作用或者增大钛合金的支撑作用有利于降低叠层界面区域CFRP面下损伤的产生。研究结果为降低叠层界面区域CFRP面下损伤提供理论依据。（2）为揭示叠层结构一体化钻削过程中切削热引起的CFRP热损伤的问题,分析了叠层结构一体化钻削过程各阶段特征,获取钻削轴向力和钻削温度的时域变化规律,发现CFRP层钻削温度最大值出现叠层界面区域,且超过CFRP中树脂的玻璃转化温度。进一步地,预测叠层界面区域钻削温度值,基于有限差分的方法,考虑CFRP各向异性并引入叠层界面温度传导率,建立了叠层界面区域钻削温度预测模型,获取叠层界面区域温度分布,预测结果最大误差为10.3%。同时,实验发现CFRP热损伤后树脂颜色发生变化且变色区域树脂弹性模量降低超20%,因此可将树脂变色区域定义为热损伤区域。基于此,采用图像处理的方法,根据热损伤后图像灰度分布提出了 CFRP热损伤区域提取方法和热损伤因子表征方法。拟合热损伤因子与叠层界面CFRP切削区温度预测最大值的关联关系,发现当叠层界面CFRP切削区温度超过410℃时,热损伤程度显著增大。研究结果为预测和评价叠层界面CFRP热损伤提供了依据。（3）针对叠层结构一体化钻削过程中CFRP层出口易产生分层损伤的问题,在分析两种叠层顺序时CFRP钻削出口受力特点的基础上,考虑叠层结构一体化钻削时切削热对CFRP层间性能以及热弯矩的影响,并基于板壳力学理论和虚功原理分别建立了两种叠层顺序下的CFRP钻削分层损伤临界轴向力预测模型,获取CFRP分层损伤产生的临界条件。在理论模型假设的基础上,建立了刀具挤压作用下的CFRP分层损伤仿真模型,采用Cohesive单元模拟CFRP分层损伤的产生和扩展过程,获取分层损伤区域形状特点。进一步地,开展分层临界轴向力验证实验,实验结果验证了理论模型中椭圆形分层损伤区域假设的正确性,且理论模型计算结果误差为9.4%。进而,基于建立的临界轴向力计算模型,获取未切削层数、叠层顺序以及钻削温度对分层临界轴向力数值的影响。结果表明降低钻削出口温度、增大对剩余材料的支撑可提高分层临界轴向力数值,进而减少分层损伤的产生。研究结果对于抑制CFRP分层损伤提供了理论依据。（4）基于叠层结构损伤影响因素分析结果,提出采用控制切削力、降低钻削温度的方法减少加工损伤。针对此目标,首先建立考虑刀具几何结构特点的钻削轴向力预测经验模型,并结合CFRP出口分层损伤产生的临界条件,提出以CFRP分层损伤为约束的阶梯刀具直径比例计算方法。在此基础上,进一步分析阶梯刀具直径比例对钛合金出口毛刺和叠层界面热损伤的影响,优化适合叠层结构加工的阶梯刀具直径比例,即在CFRP无分层损伤产生的基础上,选择适合钛合金加工的范围内较小的第一阶梯直径比例数值。同时,分析刀具顶角对叠层结构加工损伤的影响,发现第一阶梯顶角应适当增大以适合钛合金的大量去除,第二阶梯顶角应适合叠层结构下层材料的加工。进一步地,研究了加工参数和啄钻加工工艺方法对叠层结构加工损伤的影响,结果表明,变参数加工可保证两种材料的加工质量,啄钻加工可进一步降低钻削温度减少热损伤但不利于降低CFRP出口分层损伤。进而,结合两种工艺方法的优点并基于优化后的阶梯刀具,提出变参数啄钻加工工艺,在保证完全采用适合钛合金的加工参数加工钛合金层时,可大幅降低叠层结构加工损伤。通过上述研究,揭示了 CFRP和Ti叠层结构钻削时叠层界面和出口在切削力、切削热作用下的损伤形成及影响因素,并基于此,以控制切削力、降低切削热为目标提出阶梯结构刀具典型几何尺寸设计方法,开发变参数啄钻加工工艺方法,经加工实验测试,验证了所提出的加工方法的有效性,为降低叠层界面及出口损伤提供了新方法。