磨削力是表征磨削状况的一个重要指标,磨削力的大小不仅影响工件的磨削加工质量和磨削加工精度,而且可以反映砂轮的磨损状况。通过监控磨削力的变化可以实时了解磨削状态,而且测量磨削过程中的磨削力信息,可以及时控制磨削过程,优化磨削用量,使磨削处于最佳状态,提高磨削效率。基于硅片超精密磨床的结构特点,分析磨削测力仪的最优安装方案,确定了磨削测力仪采用集成于砂轮主轴的圆环式结构。基于测力仪的四个三向压电传感器两种布置结构,菱形结构布置和正方形结构布置,从理论上分析推导了测力仪中传感器的受力计算公式,并利用有限元软件ANSYS模拟了传感器的受力状态。实验结果表明,四个压电传感器采用正方形结构布置更适合于磨削力的测量。根据磨削测力仪的性能要求,采用四个压电传感器的正方形结构布置,研制了集成于磨床砂轮主轴的压电式磨削测力仪。为了模拟磨削测力仪的实际安装状态,实现实验室条件下进行实验标定,研制了磨削测力仪标定装置。在实验室静态标定实验台上,对研制的磨削测力仪进行了静态标定,得到了磨削测力仪的静态性能指标,各项指标达到了磨削测力仪的性能要求。结合磨削测力仪实际工作情况,分析了测力仪磨削区域的静态性能。最后,将磨削测力仪安装在硅片磨床上,进行了在线静态标定和实际磨削实验。实验证明磨削测力仪具有很好的静态特性和动态特性,各项性能指标都达到了硅片磨床磨削力测试系统的设计要求,非常适用于硅片磨削过程中磨削力的测量和监控。