钻削测力仪作为检测钻削过程中各项数据的最基本设备，在实现加工自动化、自适应控制和最优控制的方面发挥着重要的作用。近年来，随着“压电石英扭转效应”原理的发现和应用，钻削测力仪的制作方法和工艺大大简化，使用单个传感器进行多向力测量也成为可能。本文在国家自然科学基金(50475152)的资助下，从工程实际出发，在运用了晶体物理学、电介质物理学、压电学、各向异性弹性理论、电磁学、有限元分析等交叉学科的理论成果的基础上，论述了石英晶片的扭转效应原理，利用有限元分析软件ANSYS对圆形石英晶片的扭转效应进行了模拟。根据四向测力仪的特点和使用要求，对石英晶片的尺寸、壳体的主要尺寸、预紧力和量程等主要参数进行了设计，并利用有限元分析软件ANSYS对测力仪的结构进行分析，设计制造出测力范围为F_z=0～1500N，F_x／F_y=0～600N，M=0～9N·m的四向压电钻削测力仪。经过静、动态标定及切削试验验证，测力仪的各项技术指标全面达到CIRP-STCC规定的动态切削测力仪标准，为钻削测力仪的设计、制造和实验研究提供了依据和指导。该四向压电钻削测力仪同其他钻削测力仪相比突出的特点是：它应用了石英晶片的扭转效应测扭矩，测扭矩和径向力的晶组仅由四片普通Y0°切型的石英晶片组成；其结构简洁、调试方便、加工与装配工艺性好、成本较低；同时检测钻削过程中的四向力，能全面地反映钻削过程中钻削力的分布情况。本测力仪不但适用于实验室使用，而且适用于实际生产的测试与实时监控中。在此基础上，对本测力仪是否可以进行无定心测量进行了研究，针对本测力仪的传感器分布形式提出了无定心数据处理方案，应用Visual Basic语言开发出相应的数据处理程序。