碳纤维增强树脂基复合材料（Carbon Fiber Reinforced Plastics,CFRP）因其优良的力学性能,在高端装备、国防军工、航空航天、新能源等领域得到了广泛应用,且应用比重逐年增加。CFRP构件与其他结构件装配时,钻孔加工是主要的机械加工工序之一。但是,CFRP的各向异性、层间结合强度低、硬度高、导热系数低、粉尘状切屑等特性使得钻削过程极易产生分层、毛刺、撕裂等缺陷,是典型的难加工材料。研究表明,优化刀具结构是减小CFRP制孔缺陷的有效途径之一。本文围绕CFRP钻削缺陷的形成及其控制策略,开展了钻头横刃和主切削刃的作用机制及CFRP低缺陷制孔钻头的研究,为低缺陷制孔刀具设计和工艺优化提供理论指导。主要研究内容如下:（1）研究CFRP微观切削纤维断裂行为和宏观切削加工表面特征。建立了3D微观切削CFRP有限元仿真模型,分析了四种典型纤维切削角下的纤维断裂和基体失效。在此基础上设计并磨制直槽铣刀进行单向CFRP正交切削实验,研究了前角、后角对毛刺和加工表面质量的影响规律;分析了全纤维切削角下纤维的断裂形貌和切屑的形态特征,探讨了CFRP切削损伤形成机理,建立了不同纤维切削角的切屑形成模型,基于此获得切削加工入出口及已加工表面缺陷形成机制。（2）研究钻头横刃切削行为对CFRP制孔缺陷形成的影响及其控制策略。设计了麻花钻钻削单向CFRP层合板实验,研究了加工参数对横刃上轴向力的影响,并采用钻削盲孔的方法研究了横刃切削行为对孔出口质量的影响;为降低横刃对制孔缺陷形成的影响,研究了阶梯钻的阶梯比（初始钻头直径与次级钻头直径的比值）对轴向力、出口分层、侧壁损伤的影响,根据理论分析和实验结果获得了能有效减少横刃影响的最佳阶梯比范围。（3）研究钻头主切削刃切削行为对CFRP制孔缺陷形成的影响,建立基于刃口切削力系数的轴向力表征方程。选取了四种具有代表性的特殊刃型钻尖（匕首钻、双锋角钻头、三尖二刃钻和圆弧形钻头）为研究对象,研究了四种钻尖的几何特征及主切削刃对入、出口质量的影响,分析了钻削过程的轴向力时变曲线的特征,提出了用预测轴向力时变曲线上关键拐点的方法来预测轴向力时变曲线,可以较好的预测直线刃钻头的轴向力时变曲线,定义了度量孔出口毛刺的毛刺存在角度,研究了不同刃型钻头对毛刺存在角度、出口分层的影响规律。揭示了直线刃口钻头主切削刃切入时轴向力呈直线增加的根本原因,定义了刃口切削力系数,建立了基于主切削刃切削力系数的轴向力表征方程。（4）设计低缺陷制孔新型复合钻头,研究其钻削性能和刀具磨损性能。采用刃口切削力系数表征阶梯钻轴向力,建立了阶梯钻轴向力模型;基于切削刃作用机理并结合匕首钻和三尖二刃钻的结构特点,优化了刃口结构,开发了一种新型复合钻头,获得了一种CFRP专用钻头设计方法。研究了双锋角钻头、阶梯钻及新型复合钻头的磨损形貌和特征,分析了三种钻头钻削过程中的轴向力及孔出口毛刺、出口分层和撕裂等刀具寿命评价指标随刀具磨损的变化规律,获得了各类型钻头的刀具寿命。结果表明,双锋角钻头因轴向力过大而失效,阶梯钻和新型复合钻头因孔出口分层达到阈值而失效。