碳纤维复合材料因其具有高比强度、高比模量、良好的抗疲劳性和抗腐蚀性等优点，目前已广泛应用于航空航天等领域，是当前国际上竞争最激烈的高技术新材料之一。为了满足航空航天等领城高精装配要求。碳纤维复合材料制件需要进行机械加工以获得良好的加工表面质量。而碳纤维复合材料因其各向异性、层间强度低、硬度高、导热性差等特点，在切削过程中易产生基体开裂、分层、纤维拔出等缺陷.属于典型的难加工材料。

　　本文以单向碳纤维复合材料( UD-CFRP )板为研究对象，通过改变不同的纤维方向角度进行铣削试验，从切削力、切口质量和刀具磨损等方面对碳纤维板的加工机理进行分析，为碳纤维板铣削加工表面质量的改善和刀具的优选提供基础。本次试验用机床为DMC HSC 20 linear超声辅助五轴加工中心，最大转速为24000/min，最大进给速度为5m/min。碳纤维板采用压条压板的方式进行装卡。试验用刀具为硬质合金多刃铣刀，。为了研究方便，从单向碳纤维复合材料试样研究入手。试验采用中模高强碳纤维增韧环氧树脂预浸料单向铺贴制备而成的复合材料试样铺层共32层，试件厚约6mm。选用4种纤维方向角θ (纤维方向角θ为切削速度方向与纤维的铺层方向的夹角，这4种纤维方向角θ分别为0°、45°、90°和135°。

　　采用项目前期研究优化后的切削参数甲对上述4种不同纤维铺层方向的碳纤维复合材料进行铣削试验，试验过程中采用Kistler 9272测力仪对铣削力进行测量和记录。铣削完成后，采用Hitachi S3400扫描电镜对刀具的磨损情况和已加工试验件切口质量进行检测，采用Mahr M1粗糙度测量仪检测已加工复材切口的粗糙度。

　　不同纤维方向角θ下碳纤维复合材料铣削时的最大切削力F由大到小分别对应的纤维方向角为θ=0°、θ=45°、θ=135°和θ=90°。分析认为，碳纤维垂直于纤维轴向的剪切强度小于其轴向的拉伸强度，故当刀具切削纤维时，垂直于纤维切削所需切削办小于平行于纤维拉断纤维所需切削力。当纤维方向角θ依次为0°、45°、135°和90°时，刀具垂直于纤维轴向切削的几率逐渐增大，平行于纤维轴向切削的几率逐渐减小，综合作用下，铣削力F逐渐减小。

　　切削比能是指去除单位体积材料所消耗的能量，是评价刀具切削性能的重要指标之一。 若使用同一刀具切削不同材料时，切削比能越小则说明材料的切削性能越好。当纤维方向角θ≥90°，其切削性能要优于θ<90°；纤维方向角θ=90°时，其切削性能最优；纤维方向角为0°时，其切削性能最差。

　　纤维方向角θ=135°时，其已加工表面粗糙度值最大；纤维方向角θ=45°时，其已加工面表面粗糙度值最小。即当切削方向顺着纤维铺层方向时，其切口质量较好，而当切削方向逆着纤维铺层方向时，其切口质量较差。

　　结论

　　(1)在碳纤维板铣削加工时，纤维方向角θ对切削力和切削比能有一定的影响。当纤维方向角θ≥90 ，其切削性能要优于θ<90°时，纤维方向角θ=90°，其切削性能最优；纤维方向角为0°时，其切削性能最差。

　　(2)纤维方向角θ是影响碳纤维复合材料层合板铣削加工表面质量的重要因素。通过对切口形貌及粗糙度的分析，纤维方向角θ=45°时，其已加工表面质量最好；当纤维方向θ为135°时，其已加工表面质量最差。即当切削方向顺着纤维铺层方向时，其切口质量较好，而当切削方向逆着纤维铺层方向时，其切口质量较差。