车削力可以反映车刀磨损或破损、机床故障、颤振等切削状态,故准确获取切削力的大小对监控切削过程、评价先进刀具等具有重要意义。动态切削力由机床、刀具振动引起的动态分量以及切屑变形所需的静态分量组成,在复杂多变的切削工况下很难通过理论计算和仿真的方式准确获取动态切削力的大小,而使用动态性能优异的测力仪对切削力进行测量是更常用且可靠的方法。本文面向动态车削力的测试需求,针对现有压电平台式车削测力仪体积大、造价高、不易安装等缺点以及刀杆式车削测力仪适用性受限且受切削热影响较大等缺点,研制了一种新型的带有弹性环结构的整体式压电三向车削测力仪,并通过理论计算、有限元仿真以及实验对其性能进行了评估和分析。设计了压电石英力传感器和总体结构方案。针对现有压电车削测力仪的缺点设计了一种新型的测力仪结构,并依据密封方式的不同提出了整体式和组合式两种结构方案,通过对比二者的优缺点确定了测力仪采用带有双弹性环结构的整体式结构方案。面向动态车削力的测试需求,设计了一种以石英晶片为敏感元件的压电式三向力传感器,通过计算确定了传感器的预紧力值;完善了测力仪的结构和方案设计。利用经验法、参数化仿真和理论计算结合的方式确定了测力仪体关键部位弹性环的关键尺寸,通过理论计算和仿真分别得出了该尺寸下弹性环的三向刚度并确定了测力仪的三向量程;进一步进行了传感器的预紧设计,通过计算确定了传感器的高度阈值,并设计了弹性环的张开方式。分析了测力仪的测试性能。通过模态仿真获取了测力仪的三向固有频率;通过静力学仿真验证了传感器预紧设计的正确性并得到了测力仪的三向输出特性;分析了导致测力仪灵敏度较低的原因,并提出了两种设想;对测力仪进行了分载分析,通过分载计算和仿真验证了两种设想的正确性;阐述了测力仪产生向间干扰的原因,分析了传感器最大灵敏度方向不正交以及车削力引起的附加力矩对测力仪向间干扰的影响,为补偿向间干扰提供了一定的指导。评估了测力仪的测试性能。阐述了压电测试系统的测量原理,并基于此搭建了一套高精度标定系统;对两种共十个传感器进行了静态标定实验,获取了其灵敏度等静态性能指标,并测量了十个传感器的高度,根据传感器的灵敏度和高度将其两两配对;对测力仪原型进行了静态标定实验以验证新结构的可行性;对采用40Cr和304两种材料共四个测力仪进行了静态标定实验以评估其静态性能,并对其进行了动态冲击实验以获取其三向固有频率,对比和分析了两种材料测力仪的性能;对测力仪进行了变加载点实验以验证仿真结果和设想的正确性;对测力仪进行了切削热模拟实验以探究切削热对测力仪的影响。提出了一种新型的解耦方法。阐述了基于线性最小二乘法和支持向量回归机的解耦方法的原理,分别利用网格搜索法、遗传算法和粒子群算法对SVR模型的关键参数C和γ进行了寻优,确定了GA法和PSO法的迭代次数等参数;利用实验数据评估和对比了LS法和三种SVR融合算法的解耦性能。计算、仿真和实验结果表明,本文设计的测力仪具有优异的静、动态性能,受切削热影响小,能够实现动态车削力的精确测量。