随着机械加工系统自动化、智能化水平的不断提高，需要对生产过程中出现的故障进行有效的监测和调整。刀具是机加工中最基本的要素，一旦刀具发生故障，则会影响加工质量、加工成本及生产效率，危害机床及人员安全。因此，研究刀具故障诊断对提高加工质量和效率、保证加工过程的安全、降低生产成本等方面具有重要意义。本文通过理论建模、仿真分析、优化方法相结合的方式，对刀具磨损进行研究。首先概述刀具损坏形态与机理、刀具磨损过程及磨钝标准；其次分析刀具磨损的因素，进而利用经验法和多项式回归法分别建立刀具磨损寿命与切削参数的数学模型；再次通过正交试验法设计铣削模拟方案，运用Deform3D软件进行仿真，运用matlab求解两种模型系数，采用F法检验模型的拟合程度；最后基于刀具磨损寿命模型建立切削参数优化模型，运用matlab工具箱中fmincon函数对切削参数进行优化求解，并将优化结果进行仿真实验验证。通过经验模型和多项式模型的检验，得到两种模型都是显著的，且多项式模型的显著性更强。多项式模型考虑切削参数之间交互作用的影响，更有利于减少试验次数、降低试验成本、提高预测刀具磨损寿命精度。通过多项式拟合公式的仿真实验验证，得到刀具磨损寿命的预测误差为5.92%～16.75%，因此多项式可以预测刀具磨损寿命，并能为切削参数优化提供理论依据。通过优化参数的仿真实验验证，得到刀具磨损寿命的误差范围为9.6%～15.8%，该优化模型不仅可以对影响刀具磨损寿命的切削参数进行优化，而且还可以对优化参数做定量分析。