智能制造是“中国制造2025”的主攻方向,而发展面向智能制造的智能产品和智能装备是其中一项重要的战略举措。对制造企业而言,各类智能传感装置能够为切削过程智能监测提供多参数信息,是实现生产自动化,提高加工效率和产品质量,以及降低生产成本的重要基础。因此,开展满足应用需求的智能传感产品设计与监测技术研究,对推动智能制造技术发展具有重要意义和应用前景。针对切削过程多参数信息检测需求和目前传感装置的不足,本文开展了多传感器集成式智能刀柄研究,研制了一种可实现切削过程多维切削力和切削振动同时测量的无线智能刀柄,并基于其开展了切削过程刀具磨损状态在线监测技术研究。针对铣削过程切削力和切削振动检测需求,设计了智能刀柄多参数信息感知总体方案,包括基于电容测微原理的四维力测量方案及直接嵌入加速度传感器的振动测量方案。设计了低向间干扰的电容式多维力/扭感知结构,并建立了四向力解耦方程,通过在标准数控刀柄上设计多组变形梁结构,以变形梁六处位置的变形来实现各向力的可靠解算。通过建立感知结构的受力模型,分析了不同结构参数对变形灵敏度的影响规律,优化并确定了多参数信息感知刀柄的各项结构参数,应用有限元软件分析了该参数下刀柄结构的各项静、动态特性,分析结果表明设计的刀柄结构满足应用需求,为智能刀柄多参数信号可靠感知建立了基础。为实现多参数信号传感与采集,开展了智能刀柄传感单元与多参数信息采集系统设计研究。设计了平行板式电容微位移传感器来测量感知结构的微小变形,从而实现切削力检测;完成了电容传感器关键参数设计,并确定了电容极板装配方案,分析了极板装配误差对传感器输出特性的影响规律。基于电容数字转换芯片和加速度芯片设计了高精度低功耗的多维力和振动传感电路,并完成了多参数信号采集与无线传输系统的研制与测试,测试结果表明设计的采集系统能够实现智能刀柄多参数信息的实时准确采集。在完成多参数信息感知刀柄结构及传感单元与采集系统设计的基础上,研制了一种多传感器集成式无线智能刀柄。针对智能刀柄综合性能测试需要,完成了智能刀柄静、动态特性实验研究,分析并确定了智能刀柄各向力测量灵敏度、向间干扰、固有频率等各项静、动态特性参数;同时,设计并进行了智能刀柄铣削实验,通过与标准传感器对比评估了其在实际切削中的多参数信息检测性能,实验结果表明智能刀柄能够准确可靠测量切削过程中三维切削力、扭矩及切削振动信息,为智能刀柄实际应用提供了保证。基于研制的多传感器集成式智能刀柄研究了铣削刀具磨损状态在线监测技术。通过对不同切削参数下的刀具磨损实验数据进行分析与处理,提取了信号时域及小波域特征,基于费舍尔判别比分析并选择出了与刀具磨损状态强相关的特征集;建立了多源信号特征融合的隐马尔科夫刀具磨损状态辨识模型,分析了不同特征对不同刀具状态的识别能力,提出了一种融合两组特征集分别辨识刀具不同磨损状态的方法,提高了刀具磨损状态识别的准确率。应用LabVIEW和Matlab软件联合开发了刀具状态在线监测软件系统,实现了切削过程多维力和振动信号的实时采集、刀具磨损状态在线判别以及数据离线分析等功能,拓展了多传感器集成式智能刀柄应用场景。