微铣削加工是指铣削刀具直径在一毫米以下且被加工工件的特征尺寸在一微米到一毫米之间的铣削加工方式。由于加工精度高、加工材料的多样性以及能加工复杂三维曲面等优点,微铣削已经被广泛地应用于航空航天、国防工业以及生物医学工程等领域中的微型零部件的加工。微铣削过程刀具磨损现象不可避免。刀具磨损必然会增加工件表面粗糙度,降低微铣削加工精度。严重的刀具磨损会引起刀具的崩刃与断裂,损坏被切削的工件和机床。相比与传统铣削,微铣削刀具尺寸急剧下降、主轴转速极大提高,微铣刀磨损十分迅速且非常难以监测。刀具磨损已经成为制约微铣削加工技术发展和应用的主要因素之一。有效的微铣削刀具磨损监测对于提高微铣削加工精度、降低加工成本有重要的意义。本文借助微铣削切削力模型分析微铣刀磨损对切削力的影响,从切削力中提取能够有效反映微铣刀磨损的特征,并利用隐半马尔可夫模型描述微铣削刀具磨损过程,实现微铣刀磨损状态与剩余使用寿命的在线监测。最后根据刀具磨损的监测信息,利用马尔可夫决策模型动态优化微铣削切削方式从而实现切削效益的最大化。全文的主要研究内容与创新之处如下:(1)提取能够判别刀具磨损且与切削条件无关的特征,实现变切削条件刀具磨损监测。从微铣削力学模型出发,分析切削参数和微铣刀磨损影响切削力的方式,进而从切削力信号中提取能够反映微铣刀磨损的特征,剔除切削参数对磨损特征的影响,提取出与切削条件无关的磨损特征。(2)考虑固定切削参数下刀具磨损不同状态停留时间之间的相关性,将切削条件不变的微铣削刀具磨损过程建立成停留时间相关的隐半马尔可夫模型。基于建立的隐半马尔可夫模型,提出有效的微铣削刀具磨损状态在线估计和剩余使用寿命的在线预测算法。(3)针对变切削条件微铣削刀具磨损过程建立切换隐半马尔可夫模型,实现变切削条件下微铣削刀具磨损和剩余使用寿命的精确在线估计。(4)考虑切削效益和微铣刀的成本,将微铣削刀具磨损过程建立为马尔可夫决策模型。利用马尔可夫决策模型,根据实时监测到的磨损信息动态调整切削参数使得微铣刀在其有限的使用寿命内被充分利用,实现切削效益的最大化。