新型磨削刀具的出现,为精密磨削加工领域注入了新的血液,尤其是磨粒位置可预排布且磨粒形状一致的新型磨具成为了精密磨削加工领域关注的热点。为了提升新型磨削刀具的性能,学者们对单磨粒磨削过程中的磨粒形状优选展开了大量的试验研究,但是在试验中发现尽管相比传统砂轮,这类新型磨具有效地降低了磨粒脱落的发生概率,其抗磨损性能有了很大的提高,但是在磨削过程中磨粒依旧会发生钝化、断裂乃至破碎。因此,本文针对磨削过程中磨粒的磨损现象,对单磨粒磨削中的材料去除过程、磨粒的磨损形式、磨损磨粒的形貌表征方法展开研究,在此基础上,对磨粒在磨损过程中的声发射(AE)信号特征进行了提取,对磨粒的磨损状态的识别方法进行了深入的研究,提出了一种基于AE传感技术的磨粒的磨损状态监测方法,为新型磨具的磨损监测奠定了基础。本文的主要工作包括以下几个方面:第一章:介绍了本课题的研究背景和意义、本研究领域内与本课题密切相关的国内外技术研究现状、本研究领域存在的科学问题以及本文的研究内容等。第二章:针对单磨粒磨削过程建模中存在的磨粒几何模型过度简化问题,基于磨粒的真实显微形貌,建立了 PCBN磨粒磨削AISI4340钢的有限元仿真模型,并对不同磨削深度下的磨削力、磨削能和磨削划痕进行了仿真,根据仿真结果对磨削深度不同所引起的磨削行为变化进行了分析,设计和开展了单磨粒磨削实验,并根据实验结果对模型的精度进行了检验。第三章:针对PCBN磨粒在磨削过程中存在的多种磨损形式,设计并开展了磨粒的磨损实验,对单磨粒磨削过程中磨粒的磨损形貌的演化进行了观测和分析,对磨粒体积和表面粗糙度进行了测量,并基于分形理论对磨粒表面的复杂形貌作了进一步的表征,在此基础上,得到了 PCBN磨粒在磨削试验中的主要磨损形式,分析了磨损形貌和磨损形式间的关系,结合第二章中的单磨粒磨削仿真模型,对磨粒在磨损过程中的磨削力和磨削划痕进行了仿真,根据磨削力和磨削力比的仿真结果对磨粒的磨损形式和主要磨损原因作了进一步的论证。第四章:针对磨削过程中的磨耗磨损所引起的磨粒钝化及钝化磨粒可能引起的磨削烧伤、宏观破碎等问题,对磨粒的磨损状态与AE信号特征间的关系进行了深入的研究,分析了磨粒形貌与AE信号波形参数间的关系,设计并开展了钝、锐磨粒的单磨粒磨削对比实验,对磨粒磨耗磨损的AE特征进行了探究,确定了单磨粒磨削过程中所产生的AE信号的频谱范围及各频段所对应的主要AE信号源,采用DWT对AE信号进行了分解,根据分解后的节点系数重构得到了 AE信号在时频域上的能量分布,并在此基础上分析了钝、锐磨粒的AE信号在时域、频域和时频域上的差异,为后续的特征提取提供支持。第五章:在前述的磨粒的磨损状态与AE信号特征的关系研究基础上,对包括振铃计数、RMS值、频谱上的能量占比等特征在内的AE信号特征进行了提取,并对相关特征的有效性进行了试验检验,在此基础上采用最小二乘线性分类器,对复合磨损形式下的磨粒状态进行了初步的分类。第六章:引入自组织地图(SOM)聚类算法,深入研究并细化了磨粒的磨损状态类别,基于随机森林算法创建了磨粒的磨损状态分类器,联合SOM和随机森林分类器对磨粒的磨损状态进行了识别,在前述研究的基础上,进行了面向单磨粒磨削过程的磨粒的磨损状态AE监测系统的开发,完成了系统的需求分析、框架构建、硬件设计和选型、工作流程设计等工作,并结合试验数据对监测系统的识别准确率进行了检测。