【摘 要】
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碳纤维增强树脂基复合材料（Carbon fiber reinforced polymer,CFRP）是高端装备减重增效的优选材料。CFRP构件虽然可近净成形制造,但为了满足装配连接要求,仍需进行大量的边缘、窗口等特征的铣削加工。然而CFRP是典型的难加工材料,其纤维高硬、磨蚀性强,铣削会导致刀具快速磨损,进而引起严重的加工损伤。为了提高刀具寿命,往往采用硬度高、耐磨性好的PCD作为铣刀切削刃材料,
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碳纤维增强树脂基复合材料（Carbon fiber reinforced polymer,CFRP）是高端装备减重增效的优选材料。CFRP构件虽然可近净成形制造,但为了满足装配连接要求,仍需进行大量的边缘、窗口等特征的铣削加工。然而CFRP是典型的难加工材料,其纤维高硬、磨蚀性强,铣削会导致刀具快速磨损,进而引起严重的加工损伤。为了提高刀具寿命,往往采用硬度高、耐磨性好的PCD作为铣刀切削刃材料,但仍需进一步研究其磨损规律以及铣削CFRP的加工质量。本论文探究了不同铣削加工参数下PCD直刃铣刀侧铣CFRP时的刀具磨损形式和磨损规律;通过铣削力计算和切削刃轮廓的几何关系分析,建立了刀具磨损预测模型;确定了铣削参数、刀具磨损与加工质量的关联关系,最终提出了延长刀具使用寿命的变参数加工策略。具体研究内容包括:（1）基于切削速度对切削状态的影响和不同纤维角度下纤维与刀具接触形式的差异分析,初步得到影响刀具磨损的重要因素,并通过侧铣CFRP实验进一步研究了刀具形貌、磨损程度和铣削力的变化,更加完善地揭示了切削速度和纤维角度对刀具磨损的影响。发现磨损后的切削刃呈椭圆弧轮廓,从而确定了椭圆弧半轴长度评价刀具磨损的方法;铣削45°纤维角度CFRP时产生的刀具磨损最严重,135°产生的刀具磨损最小;增大切削速度可减小刀具磨损,同时减少了铣削力因刀具磨损产生的变化,表明PCD刀具适用于CFRP的高速铣削加工。（2）在高速铣削条件下以及在产生严重刀具磨损的小纤维角度范围内,基于铣削力计算结果建立了刀具磨损预测模型。开展了不同每齿进给量和径向切削深度的验证实验,模型预测结果与实验值较吻合。综合分析铣削力和刀具磨损的模型计算值与实验结果,发现刀具磨损程度主要受到铣削力和不同接触长度的影响,在相同的铣削距离下,刀具磨损随着每齿进给的减小而增大,径向切削深度较大时对刀具磨损的影响降低。（3）分析了铣削加工参数和刀具磨损对加工质量的影响,并建立了铣削加工参数、刀具磨损与毛刺平均高度的关联关系,实现不同铣削参数和刀具磨损下的毛刺损伤预测。结果表明,当刀具磨损程度相近时,毛刺损伤随着每齿进给和径向切削深度的减小而减少。在此基础上提出了变参数铣削加工策略,并结合侧铣CFRP多向板时周期性地改变刀具高度的加工方法,可在允许的加工损伤容限下延长约1.3倍的铣削距离。研究成果对CFRP高效率铣削加工以及刀具磨损的深入研究具有一定的参考价值,同时,对铣削CFRP加工参数的选择以及加工质量的评价方法具有指导意义。
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