石墨/聚合物复合材料是对石墨浸渍聚合物,以减少石墨孔隙率、提高强度和韧性,在燃料电池、机械密封、石油化工等领域有广泛应用。石墨/聚合物复合材料相对于普通石墨,由于材料成分不同、组织结构不同、力学性能不同,加工机理存在较大差异。因此,深入研究石墨/聚合物复合材料的切削机理对实际应用具有重要意义。尽管石墨/聚合物复合材料力学性能有所改善,但仍属典型的脆性材料,加工过程中易产生裂纹,在已加工表面形成凹坑和微裂纹等缺陷,且裂纹的产生和扩展有着独特的规律。为揭示石墨/聚合物复合材料切削时材料的去除机理,建立了正交切削时切削区应力场有限元分析模型,预测裂纹的产生和扩展路径,并用边位印压实验进行验证。结果表明,正交切削时,随着刀具的切入,裂纹从刀尖处产生,并向工件内部扩展,然后朝待加工表面扩展,扩展路径呈圆弧形。对边位印压实验中裂纹的产生和扩展进行动态观察和显微观察,结果表明,当印压载荷达到某一临界载荷时裂纹开始产生并迅速扩展一小段距离,随后短暂停止扩展;随着印压的继续,裂纹再次扩展并迅速延伸至试样表面。显微观察结果表明,裂纹在微观上呈锯齿形向前扩展。基于裂纹的产生和扩展规律,建立了石墨/聚合物复合材料正交切削时的切削过程模型,材料去除过程包括大块去除、微小块去除和小块去除。该模型能较好地解释已加工表面和切屑的形成,以及切削力的波动。研究了切削工艺参数,包括刀具前角、刀具钝圆半径、切削厚度以及切削速度对表面粗糙度的影响规律。其中,刀具前角对已加工表面粗糙度的影响有着独特的规律,即刀具前角为正时,随着刀具前角的增加,表面粗糙度下降。为解释刀具前角对表面粗糙度的独特影响规律,分析了不同前角时切削区的应力场以及裂纹产生和扩展规律。结果表明,随着刀具前角的增加,产生的裂纹愈朝待加工表面扩展,从而使已加工表面质量得到改善。利用正交试验分析了刀具前角、刀具钝圆半径、切削厚度以及切削速度对已加工表面粗糙度的影响。结果表明,对已加工表面粗糙度影响最为显著的是切削厚度,而影响最弱的切削速度;利用正交试验所获得的最低表面粗糙度Ra为3.09 μm,并获得了该粗糙度的对应工艺参数。研究了切削工艺参数对切削力的影响规律。结果表明,典型的切削力呈现出周期性波动,该特征与切削过程模型能够较好地吻合。在正交试验的基础上,利用信噪比分析了刀具前角、刀具钝圆半径、切削厚度以及切削速度对切削力的影响,获得了最小切削力的优化参数。建立了基于径向基函数人工神经网络的已加工表面粗糙度预测模型,该模型经过训练后对于石墨/聚合物复合材料已加工表面粗糙度Ra的预测误差在7%以内。利用遗传算法对训练后的预测模型进行优化,结果表明,石墨/聚合物复合材料的最低已加工表面粗糙度Ra为1.81μm,并获得了最低粗糙度的工艺参数。验证实验表明,石墨/聚合物复合材料的最低已加工表面粗糙度Ra为1.95 μm。