目前,五轴机床由于其能加工出复杂曲面而应用越来越广泛,而为了培养高校学生对常用五轴机床的编程能力与加工程序的校检功能,以及为了科研需要,实现具有切削过程功能控制的机床,机床必有受力测量功能。本文旨在设计出小型五轴机床及其测力系统,并分析各力之间的测量干扰问题,符合“智能制造”的发展方向,其小型的特点可以用于高校机床科研和教学中。本文的主要研究工作如下:（1）结合机床设计要求确定小型五轴机床的布置方案和总体设计参数,根据设计参数进行小型五轴机床主轴系统、直线进给系统、回转进给系统的设计,并对关键零部件进行理论校核,从而完成小型五轴机床的结构设计。（2）进行了基于测力功能的机床结构设计,选择主轴箱和八角环结合作为测力结构,并对测力主轴箱进行基于响应面的多目标遗传算法优化,对优化后的模型进行仿真和理论分析,验证优化结果,完成具有测力功能的主轴箱结构设计。（3）为了研究机床测力系统的切削力测量干扰问题,根据圆环受力变形原理及仿真分析确定了测力主轴箱X、Y、Z三个方向电阻应变片传感器的黏贴位置,并用有限元仿真和电桥输出理论对三个方向的测力结果进行分析,确定是否存在交叉干扰,并提出利用标定实验确定耦合矩阵从而解决Z方向的测力干扰问题,同时提出利用结构上开小缺口的方式增加测量应变。（4）为了充分发挥机床的结构性能,对机床关键部件及整机进行静动态分析,根据分析结果对立柱进行拓扑优化,对滑台进行多目标遗传算法优化,并对优化后的机床进行静力学分析、模态分析、谐响应分析,验证机床优化效果。（5）搭建静力加载实验平台,进行测力实验件的静力加载实验,对三个方向分别进行加载,得出力与输出电压的函数关系,用最小二乘法对数据进行拟合,并根据拟合曲线得出耦合标定矩阵,从而确定本测力系统的力测量模型,并对测量模型进行误差实验分析。本文完成了小型五轴机床的结构设计及测力系统设计,对于机床切削力实时监测与控制和机床“智能制造”的研究具有重要的理论意义与实际应用价值。