在非稳态切削条件下，比如在切削凹孔、沟槽或当工件表面存在缺陷时，刀具的受力情况比稳态切削条件下复杂得多，因此有必要对切削力特性及刀具失效特性进行分析。本文采用切削力作为监测信号，对刀具状态进行分析研究。 首先使用经典的数字信号处理方法对切削力信号进行时域和频域分析。刀具在非稳态切削时，不仅在空行程后切入工件时受到极大的瞬态冲击，而且在切出时由于发生了负剪切现象在切削刃产生了一个与平常切削加工方向相反的摩擦力。三向力的频率都在0～200 Hz处分布较为丰富，径向力Fy在其它频带也有较高的能量分布。 为了深入研究非线性瞬态信号的时频特性，使用Wigner—Ville分析工具，根据单因素实验采集的数据详细研究了切削速度v、主轴转速n、进给量厂和背吃刀量αp对切削力时频域的影响。分析结果表明：刀具在切入、切出工件时刀具的应力场发生急剧变化，表现在时间边缘分布上的极大值。随着切削速度减小Fz的能量在中频带的持续时间变短，反映在能量谱密度上0～100Hz处峰值升高。当主轴转速升高时Fx和Fy原处于低、高频带并且随时间连续分布的能量聚集在1000Hz和4000Hz频率周边，且持续的时间变短，Fz瞬时能量的峰值随主轴转速的增加在逐渐减小。随着进给量的增加，频率边缘分布显示Fz位于低频带的峰值显著增大。在频率边缘特性中Fx和Fz的峰值随背吃刀量的加深而增加。 基于以上分析结果，设计切削速度和背吃刀量变化，主轴转速和进给量不变的刀具破损实验，对径向力信号进行功率谱分析，结论随着刀具碎断尺寸的增大，位于2500～3100Hz中频带的功率谱幅值呈线形增加趋势，而高频带的幅值变化无规律，因此径向力中频带的幅值可以作为刀具破损信号的特征值。 根据连续小波分析的尺度所对应的频带范围均在低频带的特点，对以测力仪和实验工件组成的实验平台进行单点拾振和多点激振的模态锤击试验。对采集到的激励信号和响应信号进行初步分析得到频响函数的实频与虚频曲线；根据曲线对模态参数进行识别，得到系统的频响函数矩阵，以此确定滤波器的各项技术指标，综合比较巴特沃斯、切比雪夫Ⅰ型、切比雪夫Ⅱ型和椭圆滤波器四种滤波器的性能并确定数字滤波器的传递函数表达，达到滤除低频噪音的目的。 通过对已经滤波预处理的切削力数据进行连续小波分析，得到了反映刀具磨损状态的尺度—能量谱。建立以能量谱幅值作为输入、刀具状态作为输出的概率神经网络，测试结果表明网络能够准确地将测试样本进行分类。