在采用镜像铣的方法加工大型火箭薄壁外板的过程中,支撑力的大小和方向不仅对壁板的加工质量和效率有决定性的影响,而且是实时反映铣削力状态的重要指标。在线监测支撑力的大小及其变化趋势,综合薄壁外板的加工要求,可以对铣刀的转速、进给速度等加工参数及时调整,使大直径外板在减薄铣削过程中始终保持高度的稳定性和高效性。针对镜像铣加工方法中对支撑力的实时测量需求,结合大型薄壁构件加工中支撑力测量末端的结构特点,以压电效应为理论基础,研制了一种适用于受限空间支撑力测量的压电式三维测力单元。该测力单元中间布置一个三向力传感器作为力电转换元件,实现了加工过程中支撑力三个正交方向力的同时测量。根据测量支撑力空间受限测试条件,参考测力单元的量程和灵敏度要求,设计了传感器的结构并计算晶片尺寸,讨论了测力单元的预紧方案,并计算出预紧力大小和预紧件直径、校核了切向量程,设计上下压块的结构并选择合适材料。利用ANSYS软件对传感器的晶组和晶体壳进行静态分析,选择使测力单元具有高刚度的尺寸参数,对测力单元进行静态分析和模态分析,验证其具有良好的线性、较小的干扰和较高的固有频率。在实验室条件下,对测力单元进行静态标定,结果表明该测力单元具有良好的静态特性。建立测力单元动态标定实验装置,采用冲击法对测力单元的动态性能进行标定,得到测力单元具有较高的固有频率。该测力单元的各项技术指标都满足要求,即该测力单元能够满足动态支撑力的实时测量,为实现大型薄壁件镜像铣加工过程中稳定性的提高提供了可靠保证。