在机械制造领域,刀具的切削状态直接影响到加工质量与效率,因此刀具状态监测的意义至关重要。在柔性制造(FMS)、计算机集成制造(CIMS)生产线中,监测设备常以功率阈值的方式判断刀具加工状态。在实际加工中,如切削参数发生改变,则需要对各工序重新设定阈值参数,且无法适用于变切削加工过程。传统刀具状态监控中常用的主轴功率阈值比较法存在功率反馈时滞,不能很好地适应切削过程多变的工况。本文是以浙江大学飞机数字化装配技术团队的翼盒数字化装配系统为背景,针对目前项目采用的刀具状态监测设备存在的问题,提出了改进后的监测方法与改进措施。利用实时采集的主轴转速、进给速度以及电主轴的功率、电流和扭矩信号的作为系统输入,经信号预处理和特征参数的提取,建立切削参数与加工功率之间的模型,以此实现刀具状态监测、自动退刀换刀及刀具库管理等功能。利用SINUMERIK Operate Package对西门子840Dsl数控系统进行二次开发,完成了刀具状态监测系统(TCMS)的系统的设计。本文开展的研究工作如下:(1)系统的研究了目前刀具状态监测主要采用的信号,分析了功率、切削力、振动、声发射(AE)信号之间优缺点。同时也研究了本项目中采用的刀具监测设备的基本监测原理,在此基础上提出了本文的研究内容和目标。(2)分析了基于制孔末端执行器制孔锪窝的切削加工过程及其工艺特点,针对目前采用的刀具状态监测TMAC自适应控制器在监测过程中出现的功率反馈时滞和误报警的问题,提出了具体的解决方案并进行试验和设计。(3)本文在功率阈值法的基础之上,利用自适应神经模糊系统(ANFIS)与支持向量回归(SVR)建立功率与加工参数之间的模型,实时计算标准切削功率并与实际切削功率进行同步对比分析,从而判断刀具加工状态并执行换刀策略。(4)利用了 SINUMERIK Operate Package中的API组件进行刀具状态监测系统的开发,以Visual Studio 2008和Qt类库为开发环境,实现了刀具在线监测、过载保护、自动退刀换刀及刀具库管理等功能。同时借助MATLAB的COM组件,以及LIBSVM进行数据处理,完成了刀具状态监测系统(TCMS)的研发及HMI设计,最终将其集成于数控系统并应用于实际生产项目中。