碳纤维增强复合材料(Carbon fiber-reinforced plastics,CFRP)是目前最先进的复合材料之一,相对于金属材料,它具有低密度、高比强度、高比模量、耐腐蚀、耐疲劳等优势,被大量的应用在航空航天和军事领域,并且越来越多的向汽车、健身器材、机械臂、桥梁以及化工容器等民用领域发展。在应用CFRP材料时,不可避免的要对其进行二次加工,钻孔是最主要的加工形式,但由于CFRP材料固有的各向异性、非均匀性、层间结合强度低等特点,CFRP在切削加工中易出现表面分层、毛刺、表面粗糙度差、纤维拔出、撕裂等加工缺陷,分层缺陷被认为是主要的损伤形式。超声辅助钻削技术广泛应用于硬脆材料的加工,可以提高材料的加工质量,本文内容就围绕在超声辅助钻削的条件下CFRP材料出现的分层损伤问题展开,全文的主要研究内容如下:1)对CFRP超声辅助钻削时的分层机理进行了研究。分析了CFRP材料的组成形式和材料属性,针对CFRP材料的固有特性,结合超声辅助钻削的特点,对直角切削和磨料切削两种最常见的钻削形式进行材料去除过程分析,从原理上揭示了两种不同切削形式下产生分层损伤的原理以及超声振动在降低分层损伤中的作用机理。搭建了实验平台,设计了分层发生过程实验,介绍了分层损伤的评价方法。通过分析实验结果,得到了不同钻削形式下的分层发生机理,并证明了以上分析的正确性,为分层控制方法的提出提供了理论基础。2)对CFRP超声辅助钻削切削力特性进行了研究。基于CFRP材料的脆性断裂理论和经典板壳理论,结合分层损伤发生的机理,建立了适用于空心钻的临界轴向力模型,并且基于压痕深度理论,将空心钻钻削时的刀具堵塞状态考虑进去,建立了适用于超声辅助钻削下空心钻的切削力半经验模型。搭建了超声辅助钻削切削力测量平台,设计了不同加工参数下的单因素实验。通过实验结果分析,实验值与理论值较为吻合,给分层损伤的控制方法提供了数据支撑。3)对CFRP超声辅助钻削分层损伤控制方法进行了研究。以本文所研究的分层损伤机理以及与分层相关的切削力研究结果为基础,对分层的控制方法进行了探讨,提出了从材料属性、加工工具、加工工艺三方面着手的分层控制方法,重点对不同加工工具(空心钻、麻花钻、改进麻花钻、匕首钻)进行了分析,设计了不同加工工具在不同加工参数下的分层损伤实验,得到了不同加工工具下的分层损伤形态、切削力、分层损伤面积和分层损伤厚度的实验结果,通过对结果的分析得出了不同加工工具的加工特性,并给出了相应的应用场景。本文通过理论分析和实验研究相结合,对超声辅助钻削CFRP材料的分层损伤机理、超声振动作用在CFRP材料上的效果、超声辅助钻削CFRP材料的切削力特性以及对分层的控制方法进行了深入的研究,得到了分层发生过程的理论、分层发生的临界轴向力和轴向切削力模型和不同加工工具的加工特性,对超声辅助钻削CFRP材料的无分层制孔工艺提供了指导与参考。