在设备互联智能时代,第四代工业革命已经悄然而至,深度融合物理空间实体和赛博空间的赛博物理系统(Cyber-Physical Systems,CPS)作为工业4.0的理想解决方案,受到了各个国家和各个领域的高度重视。依托于数控机床的赛博物理系统可以极大释放生产能力,改变落后的生产组织形式,构建安全、可靠、实时、远程、协作的生产生态系统。依托数控机床赛博物理系统高效的数据采集和利用能力,不仅可以突破现阶段制造产业的发展瓶颈,还可以有效解决加工过程中刀具状态监测的难题,构建完整的刀具生命周期管理,全面提升加工的效率和质量。本文主要探索赛博物理系统在制造加工现场的实施,搭建了适用于加工现场的机床赛博物理系统,主要的研究内容包括以下几个方面:(1)机床赛博物理系统构建。依托数控机床,分析了完整的赛博物理系统的组织架构,利用内外部数据感知构建了一种可以在加工现场推广应用的赛博物理系统的组织样式,经过实际搭建,验证了该组织样式的可行性和有效性。(2)基于希尔伯特-黄变换的刀具磨损在线监测。通过搭建的数控机床赛博物理系统采集加工过程中的有效信息,将刀具磨损状态监测置于赛博物理系统的大框架下,利用希尔伯特-黄变换在处理非线性、非稳定信号方面的优越性,提取了表征刀具磨损状态的监测变量,实现了刀具磨损状态的在线监测;通过小波变换交叉对比验证基于希尔伯特-黄变换的刀具状态在线监测在应用方面的有效性。(3)基于功率信号的刀具加工状态在线监测。在机床赛博物理系统之下,提出了一种远程监控刀具加工状态的方法,分析了加工参数、加工材料和加工方式对于该方法的影响,围绕功率信号的采集特点建立了刀具加工状态在线监测的有效方法。(4)机床赛博物理系统在实际加工中的应用。将机床赛博物理系统应用到实际加工生产过程中,依托加工过程的有效数据,完成了数据采集和数据融合,实现了加工数据分析、加工优化、刀具加工状态监测、加工故障诊断、生命周期管理等先进的生产管理功能,探究了赛博物理系统在加工现场的应用可能。