高速CNC机床的工况状态直接影响生产效率、产品质量和装备安全。由于CNC加工工艺的柔性化和高速加工自动循环的动态化，使加工工艺系统运行过程和运行状态监控具有显著的复杂性特征。因此，本文在国家科技重大专项及沈阳机床集团的资助下，研究一种虚拟测试辅助下的监控技术及CNC集成功能，通过基于计算机仿真模型的相似性模拟，以及基于模型的虚拟测试，获取复杂工况主要监控特征及规律。本文重点研究了高速数控车削加工复杂工况的聚类融合监控技术及集成监控功能实现，主要进行了如下研究内容：1、从复杂性科学角度，研究了高速数控车削加工过程复杂工况的形成，分析了复杂工况类型及主要影响因素，构建了复杂工况模型，提出了一种CNC高速车削过程集成监控的聚类融合方法及实现技术；2、针对CNC加工系统及工艺过程的柔性化重构特点，研究了CNC高速车削工艺系统数字样机多工况仿真技术，提出了一种物理监控与虚拟测试相结合的复杂工况集成监控方法，实现从复杂工况预测和异常工况预防、高效加工条件选择，到工况的实时测量、聚类融合、识别和控制；3、研究了多工况数字样机模型构建及虚拟测试技术，对不同的工艺系统和不同加工条件下的复杂工况进行了预测，为异常工况预防和高效加工用量的选择提供了参考；4、研发了复杂工况实时和分时监控技术，重点研究了基于主轴电机电流和切削振动的车削过程中的刀具破磨损状态实时监控技术，并通过CCD进一步判断刀具磨损程度，及时发现异常工况的情况下大大降低了误判率；5、提出一种基于PCA的多混合视觉特征融合的刀具磨损状态识别方法，提取了刀具图像的颜色、纹理、形状共13个特征，采用PCA法对特征向量进行重构和降维处理，兼顾了识别结果的准确性和识别效率；6、将复杂工况监控和加工质量检测功能无缝嵌入CNC系统，扩展了CNC的感知和控制功能，具有开放式、可重构和可移植的特点。本文的研究工作为高速数控车削的高质、高效、稳定加工提供了有力保证，对延长设备使用寿命、提高加工的自动化和智能化水平意义重大。