面对第四次工业革命,为推进我国从制造业大国向制造业强国的历史性转变,《中国制造2025》国家战略对制造加工过程自动化、智能化提出了更高要求。切削过程刀具工况对产品质量和生产安全至关重要,研发一套CNC(数控机床)刀具工况集成视诊系统,对提高智能制造产业水平具有重要意义。以车削加工过程为研究对象,分析刀具磨损机理和形态,研究了基于刀具主后刀面和刀尖轮廓的视诊原理,包括图像预处理方法,颜色、纹理和形状的特征提取方法,以及基于momentum梯度下降法的DNN刀具工况分类模型。针对SINUMERIK 840D数控系统,设计了一套CNC刀具工况集成视诊系统。从嵌入式计算机系统、图像采集装置、照明装置和CNC通信模块4方面对硬件体系进行电路设计,并完成硬件实现与测试。按照下位机软件、PROFIBUS-DP通信软件、图像处理软件和数控系统集成软件4部分对软件体系进行研发,并完成代码编制和调试,包括实现了嵌入式操作系统的移植和烧写、驱动编写和应用软件开发,完成了PROFIBUS-DP从站程序开发,完成了云主机图像处理软件的开发。通过在840D数控系统上开发视诊功能M指令、完成M代码的解码及PROFIBUS-DP主站软件的编写,实现了视诊系统与数控系统的集成。通过实验对比分析不同拓扑结构和算法的刀具工况辨识模型,验证了本文设计的DNN模型的准确性和高效性。在HTM125600车铣复合加工中心进行了实验,视诊系统以功能模块形式嵌入CNC的数控系统中,实验结果表明:通过调用集成于数控系统的视诊功能子程序成功实现刀具图片的采集、图像预处理、特征提取和工况识别,证明了视诊系统具备自动化和智能化的刀具工况监测效果。