在机械加工切削过程中,切削热及其产生的切削温度直接影响刀具的磨损和寿命,同时也影响工件的加工质量和表面质量。其中,切削温度的在线测量对于研究由切削热导致的刀具磨损和寿命减少具有重要意义。尤其是对于正处在切削过程中的刀具,采用刀具温度实时在线测量技术能监控其切削温度变化,为加工安全提供有力保障,为加工质量提供技术支撑。目前,切削过程中的在线测量方法还不能解决高速切削中刀具定点温度实时在线连续测量的问题。因此,研究一种既可以进行连续单点温度测量,又不改变主轴结构,同时能够实时获得温度数据的方法是非常必要的。这对研究切削热导致的刀具磨损和寿命减少、监控切削过程刀具切削温度变化以保证加工安全和加工质量等具有重要意义。针对高速切削过程,本文采用热电偶测温方法,以熔焊方式在刀具后刀面切削温度场最高温度点位置固定热电偶结球,将热电偶尾线引入放置于改进后的刀柄内的下位机,采用无线传输方式发送温度测量数据,利用无线路由器将温度测量数据送至上位机进行处理,实现高速切削中刀具定点温度实时在线连续测量。本文在提出系统总体方案的基础上,通过系统分析提出具体性能指标要求,展开了深入的理论和实验研究。针对高速立铣刀的特点,采用热源法建立温度场的数学模型,利用有限元软件仿真立铣刀的温度场分布。再根据数学模型和仿真结果,分析切削热的产生及其导致的刀具升温,从而判断温度最高点的位置,为确定立铣刀固定测温点位置提供依据,还可为立铣刀的结构优化设计、切削实验设计等,提供理论依据。针对成熟可靠的热电偶测温方法,研究并实现热电偶与被测刀具的安装方法,通过电容焊机将热电偶结球焊接在位于刀具后刀面上邻近主切削刃的预埋槽内,在不破坏原有刀具强度和温度场的前提下,实现刀具温度场定点温度的实时在线连续感知;研究并实现热电偶尾线引出和下位机安装方法,将热电偶尾线通过刀具内冷孔引出至刀柄内,改进刀柄结构提供下位机安置空间,同时符合其原有技术标准,实现热电偶与下位机相对位置固定的安装连线;研究并实现高速数据采样方法,将热电偶输出热电势同时引入两片微小型模拟数字转换器,通过双通道并行时间交替采样方法将采样率提高一倍,实现高速数据采样;研究并实现高速高可靠无线数据传输方法,采用现有UDP协议,有针对性地引入监督位和监督矩阵,由下位机对温度测量数据进行分组、打包和发送,由上位机对接收数据进行纠错、组合和处理,形成改进的UDP协议,消除原有的数据乱序和错包现象,实现高速高可靠无线数据传输。针对测温系统中,由RC网络、模拟数字转换和冷端补偿所构成的环节,建立其数学模型并进行静态特性和动态特性分析;利用仿真软件进行特性仿真,给出系统时间常数和幅值损耗0.1%时的最高频率;根据所建立的数学模型,按照温度信号传递路径,进行不确定度分析,给出系统量程和测量精度。针对所研制的高速立铣切削刀具定点温度实时在线连续测量装置,进行无线数据传输测试实验,验证在经过改进UDP协议处理之后,上位机接收到的数据无错包无乱序,具有高速传输特性;通过精密温度校验炉完成测温系统标定,给出测温系统静态测量误差;采用本文测温系统进行高速立铣刀具定点切削温度实时在线连续测量实验,对测温系统进行实验验证。