随着现代科学技术的不断发展,超精密加工技术可实现纳米级加工精度,逐渐成为现代机械加工的中流砥柱,已广泛应用于光学元件、电子系统、精密仪器等加工领域。精密加工作为超精密加工的前道工序,加工后的工件表面质量将直接决定超精密加工的加工效率、刀具寿命、加工成本。刀具作为切削加工的重要部分,其质量优劣直接影响工件表面质量,由此可见,对刀具状态进行实时精确测量尤为重要。然而,在切削过程中,很难实现刀具状态的在机定量测量。因此,如何高效、精确、便捷地实现刀具状态的在机定量测量,对于精密/超精密加工技术的进一步发展具有重大的工程应用价值。本文以精密加工中刀具圆弧半径和刀具磨损在机定量测量为研究对象,通过精确复印刀具形貌并对复印凹痕进行测量和分析,进而使用反转形貌法实现刀具状态的在机定量测量,并建立了刀具圆弧半径和磨损的综合评估系统。论文的主要研究内容如下:（1）提出了使用反转形貌法在机定量测量刀具状态的新方法。本文首先阐明了利用反转形貌法在机测量刀具状态的原理,基于该原理开发了一套针对精密加工刀具圆弧半径和刀具磨损的高精度测量系统,主要包括反转形貌复印系统、数据测量系统及数据处理系统。反转形貌复印系统主要包括运动单元、夹持单元、高精度复印单元及控制单元;数据测量系统主要为3D表面形貌仪;数据处理系统是基于Matlab软件,结合移动最小二乘法（MLS）、最小二乘法（LSM）开发的数据处理算法。（2）确立了软金属基材选择依据并获取了刀具状态测量实验优选参数。首先从理论角度分析了软金属基材选择要求,对常用金属材料的杨氏模量和屈服强度进行对比,初步选择铜和铝作为软金属基材;随后从仿真角度对所选软金属基材进行有限元分析,通过静力学仿真验证了刀具复印凹痕弹性恢复对测量精度的影响;最后从实验角度进行验证,对铜和铝软金属基材表面进行研磨、化学机械抛光预处理,并在机测量刀具状态。结合并分析理论、仿真、实验结果,最终选择铜作为软金属基材并得到优选实验参数。（3）验证了反转形貌法在机测量精密加工刀具状态的可行性、适用性、无损性及精确性。使用反转形貌法对理论圆弧半径为200μm、400μm、800μm的聚晶金刚石（PCD）刀具进行测量,并与超景深显微镜测量结果比较,验证了反转形貌法对不同圆弧半径刀具的适用性;同理,使用立方氮化硼（CBN）、硬质合金和陶瓷刀具验证了反转形貌法对不同材质刀具的适用性;比较复印前后刀具的表面状态,验证了该方法的无损性;建立了测量不确定度模型,综合分析刀具状态测量过程中的误差来源及不确定度,验证了该方法的测量精度。