本发明公开了一种球壳类零件的残余应力场测量装置与建模方法，测量装置包括经纬仪和稳定平台；所述经纬仪用于固定球壳类零件，并在测量过程中控制零件的运动轨迹与空间位置精度，同时输出测量微区的空间坐标信息；所述稳定平台用于稳定所述球壳类零件与所述经纬仪中各测量机构，保证测量过程中隔绝外界的干扰。本发明采用经纬仪实现在测量过程中控制零件的运动轨迹与空间位置精度，同时输出测量微区的空间坐标信息，并通过应力张量映射和坐标空间变换，实现薄壁球壳类零件的三维全场应力建模，从而为零件变形分析与车削工艺优化提供完整可靠的数据支持。