复合材料,特别是碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Plastic,CFRP)由于重量轻、强度高、耐腐蚀等特点而被广泛应用于航空、航天等领域。在航空制造过程中,加工质量是影响工件服役性能的重要因素。开展CFRP切削机理、表面缺陷预测以及表面质量表征等问题的研究,对提高航空工业及其他相关领域的制造水平有重要意义。本文首先基于能量法分析了单向CFRP切削机理及切削过程各部分能量消耗。通过对CFRP切削过程中形成新表面、摩擦力做功、形成切屑以及产生加工损伤等各部分能量消耗的分析,基于能量守恒原理建立了CFRP正交切削过程切削力预测模型,通过不同纤维方向角切削试验,验证了该模型的正确性。基于赫兹接触应力分布模型以及最小势能原理,对切削过程纤维变形以及断裂过程进行了理论分析,建立了CFRP正交切削过程纤维-基体界面脱粘长度预测模型,通过该模型分析了CFRP切削过程中纤维脱粘长度随纤维方向角的变化规律;同时基于能量的非线性破坏准则,建立了CFRP切削过程有限元细观仿真模型,仿真结果与理论预测结果较为一致。采用高速摄像装置,研究了CFRP不同纤维方向角对切屑形成机理的影响规律。在试验分析的基础上,结合切削过程断裂韧度概念以及能量守恒原理,建立了CFRP切削过程断裂韧度(表面能)预测模型,分析了单向CFRP正交切削过程能量分布规律;在此基础上,提出表面能增量概念,实现了对加工表面损伤的量化表征,并通过相关试验分析了刀具磨损以及纤维方向角对表面能增量的影响规律。针对CFRP铣削过程,结合SEM以及图像分割等技术,建立了以表面粗糙度、表面空隙率和表面影响层厚度三者为评价指标的复合材料加工表面完整性评价方法。研究了不同铣削参数对以上三个指标的影响规律,分析了CFRP加工表面缺陷的种类和产生机理,通过对不同加工质量CFRP试件准静载拉伸、压缩强度试验,得到了各个表面质量评价指标对材料强度弱化的影响规律。以上研究成果,对建立完整的复合材料加工质量评价标准,提高飞机装配过程中复合材料装配质量及服役性能具有重要的参考价值。