碳纤维复合材料（carbon fiber reinforced plastics,CFRP）具有高比强度、高比模量、耐腐蚀、可设计性强等优点,广泛应用在航空航天等高端制造领域。在大型复合材料构件加工中,机器人制孔系统具有灵活性强、效率高、精度高等特点,使其在为航空制造业数字装配领域的应用成为一种趋势。但由于CFRP硬度高、层间强度低等特性,加工时极易产生损伤,是典型的难加工材料,尤其是制孔时对切削力敏感,容易产生分层、毛刺、撕裂等损伤,限制了机器人在复合材料加工中的应用。本文结合企业项目CFRP构件机器人制孔实际需求,研究了适用于机器人制孔系统的CFRP制孔工艺。本文自主了研制锥角金刚石磨料刀具,同时设计了机器人制孔系统多功能末端执行器,制定加工方案,通过现场加工验证了末端执行器结构设计及加工方案的可行性。本文主要研究内容及相关成果如下:首先,通过建立了机器人柔性关节简化模型对机器人进行静力学分析,分析了轴向力作用下机器人柔性关节变形对刀具位置的影响,分析表明当轴向力由100N降低到60N时,刀具径向偏移可由90μm减小至50μm,因此,降低轴向力能够提高制孔精度。其次,对比分析了金刚石磨料刀具与传统硬质合金刀具螺旋铣孔原理,分析表明:金刚石磨料刀具单颗磨粒切削区更小,切削力更小。此外,锥角结构的金刚石磨料刀具切入切出材料表面过程表现出平稳过渡特性,能够有效抑制加工损伤,并能一定程度上修复损伤。再次,本文采用锥角金刚石磨料刀具开展了CFRP螺旋铣磨制孔试验,结果表明:工艺参数中螺距对切削力的影响最大,主轴转速次之,主轴转速影响最小;轴向力随刀具锥角增大而降低,刀具锥角由0°到60°,轴向力降低了20.3%。并且采用锥角结构刀具制孔较平头刀具缺陷显著减少,试验结果与前文锥角金刚石磨料刀具螺旋铣磨加工原理分析基本一致。并得出适用的刀具结构和工艺参数范围:选用60°锥角的金刚石磨料刀具,主轴转速在6000～8000rpm范围内,进给速度在150～200mm/min范围内,螺距在0.4～0.6mm/r范围内,此时在保证加工效率的前提下,加工质量更好。最后,本文研制了机器人制孔系统多功能末端执行器,包括机械主轴部件、转位式同轴测量系统、辅助压紧系统、刀具检测系统、随动吸尘系统等,结合螺旋铣磨制孔工艺,可对大型薄壁CFRP实现高质量、高效率的制孔加工。