刀具在机械加工过程中的状态监测与控制对获得稳定的高质量表面和完整的高面形精度零部件具有至关重要的作用。切削力是加工状态的重要组成因素，它直接影响切削温度、刀具磨损以及功率消耗，也为自适应加工提供切削状态参数。然而，目前的切削力测量仪器普遍存在如动态特性低、环境适应能力差、价格昂贵等缺点，难以在工业加工上得到广泛应用。因此开展具有动态性能好、成本低、能够在工业加工中得到广泛应用的切削力测量装置的研究具有重要的意义。声表面波技术在测量领域成为一个研究热点，应用于加工测量中能够表现出巨大的优势，例如体积小，测量动态性能好，能够实现无线测量，环境适应能力强、低成本等。本课题对基于声表面波原理的切削力测量智能刀具系统关键技术如应变感应原理，切削力信号辨识，以及智能刀具设计等关键技术进行了研究，将声表面波谐振器集成在普通切削刀具上，实现了刀具在切削加工中主切削力的实时测量，能够适应复杂的加工环境。介绍了声表面波传感器件中压电基片材料的选择考虑因素，分析了叉指换能器激发声表面波的机理以及叉指换能器的参数设计影响因素。分析了声表面波谐振器敏感应变的原理，基于应变测量原理推导了简化的声表面波谐振器压电基片应变与谐振器频率响应的关系。分析了声表面波谐振器的谐振频率。应用模态耦合（COM）理论并引入P-矩阵求解模态耦合方程，推导了声表面波谐振器的电导与插入损耗，得到了声表面波谐振器的谐振频率。谐振频率与插入损耗的计算结果与实验测量结果相吻合。基于声表面波谐振器对应变与温度敏感的特性，将两片谐振器用环氧树脂胶粘贴在数控车刀刀杆上下两面，得到了能够测量切削力并排除温度干扰的智能刀具的设计方案，并分析了谐振器的力信号的辨识方法。推导了刀具切削力与石英基片应变的理论关系并应用有限元进行了仿真验证，结果表明，谐振器的粘贴位置对其测量灵敏度的影响不大，因此应该紧靠刀头粘贴以提高刀具加工时的刚度。基于COM理论中石英基片应变对声表面波波长与波速的影响，得到了刀具切削力与声表面波谐振器频率偏移的线性关系，为力信号辨识提供了理论基础。对刀具切削刃施加静态力进行标定实验，得到了与理论计算吻合的切削力与频率偏移的关系，智能刀具的测量灵敏度为-40Hz/N。切削加工动态力测量的实验结果表明，基于声表面波原理的切削力测量智能刀具能够实现切削力的实时测量。