机械制造业作为基础产业,正实施转型升级战略,朝着高效、高精的智能制造方向发展,而实现智能制造的基础即要求机床对加工过程可进行状态实时监测,这有赖于智能功能部件的应用。切削力是表征加工状态中最为稳定且易获取的信号类型,刀柄位于切削力传递链中较近位置,通过开展可集结于刀柄的切削力实时感知系统研究,为加工状态监测提供精准数据,可助力于智能切削加工技术的发展。针对刀柄基体需集结传感器并满足轴向力和扭矩的测量要求,分析电阻式传感器特点,确定了轴向力和扭矩测量所用传感器结构及测量电路类型;考虑刀柄基体使用要求,设计了应变仓结构用于安装传感器;建立了刀柄基体多目标优化模型,采用响应面优化方法进行求解,获取了刀柄基体的最优化尺寸参数;研制了刀柄系统附件,确定了刀柄系统的总体设计方案。针对传统信号传输方式在高频采样频率下进行信号传输易发生数据堵塞等问题,开展了基于压缩感知的切削力信号处理方法研究,分析了切削力信号的稀疏性并基于离散傅里叶变换正交基构建了信号稀疏表示模型;采用改进QR分解方法对高斯随机矩阵进行优化,构建了观测矩阵;采用压缩采样匹配追踪方法进行了低维观测信号的高效、高精重构,实现了基于压缩感知的切削力信号处理。为获取刀柄系统的静动态及切削性能,分析了系统的标定实验要求,搭建了静动态标定实验平台,分别采用逐级加卸载法和脉冲法获取了系统静动态特性;搭建了切削实验平台,分析了系统与Kistler板式测力仪在铣削过程中测量误差较大的原因,通过钻削实验验证了系统在轴向力与扭矩测量上的准确性,结果表明,刀柄系统具有良好的工作性能,可用于切削力实时测量。