高速发展的自动化机械产业,面向数控加工中心的切削状态监控问题,现阶段主要是采用直接观察和切削力测量的方式,从智能化角度看,测量切削力能更好地实现无人化管控,切削力监控系统能有效地识别切削和刀具的状态,将所测力值反馈到检测系统,采取及时退刀等措施,避免工件和刀具损伤,同时,研究切削力引起的工件变形,刀具磨损和机床振动对于提高工件表面质量和刀具寿命意义重大。目前国内外研制了不同类型的测力仪,适用于切削加工多维力测量,满足相应测试精度和固有频率。本文研制一种新型压电测力仪,旨在解决封闭式数控机床切削加工的三维力测量问题。根据压电传感器的性能,提出了传感器竖直布置的测力仪,主向灵敏度得到提高,三维力的测量具有三种不同的解算方法,对比分析传感器的菱形布置和正方形布置,为解决组合式测力仪存在刚度低和传感器的偏移问题,提出三种整体式测力仪方案,确认采用方案三。优化设计整体式测力仪的壳体结构,通过分析弹性环变形大小和测力仪壳体固有频率,确定了测力仪四个核心参数的尺寸,用有限元求解了测力仪的三向静力学变形、传感器支反力与加载力的比例关系,提出能满足测试精度的壳体加工技术要求,针对弹性环槽宽与传感器可能的配合方式,提出了直接装配和使用拉杆装置装配的两种方法。实验验证测力仪的外环能影响四个传感器的预紧力,确立测力仪的量程计算方法,进行对比传感器两种预紧方式下测力仪的三向输出,为了验证测力仪的测试精度,进行了传感器的静态标定实验,对比标定组合式和整体式测力仪三向精度和灵敏度,进行变加载点实验验证整体式测力仪的三向一致性,通过固有频率敲击实验,检验测力仪是否满足动态测试要求。根据中心标定的实验结果,分析了测力仪静态性能误差的来源,理论推导出传感器各向灵敏度的差异、传感器的装配偏转误差与测力仪向间干扰的关系,为了证明整体式测力仪的分载作用,对比验证组合式和整体式测力仪的三向输出分配比,分析了侧向加载时两种测力仪的剪切输出与拉压输出比。