高速加工工具系统是高档数控机床的关键部件之一,其中,刀具的夹持特性,直接影响零件的加工质量和加工安全,不同夹持方式需要在不同切削工况下应用。目前,基于静压膨胀夹紧原理开发的静压膨胀式夹头可以用来夹持各类刀具进行切削加工,实现超高精度夹紧刀具,其性能优良,广泛应用于机械制造业,能在半精加工和精加工中有效地提高被加工工件的表面质量。静压膨胀夹头的夹持回转精度和重复夹紧精度高、夹持力大;具有一定的阻尼减振效果,切削噪声相对较小;在装卸刀具时简单方便。本文对静压膨胀夹头的夹持特性进行深入研究,揭示了其基本规律,对静压膨胀夹头的设计与应用中存在的关键问题具有重要理论价值与实际意义。在相关研究成果的基础上,运用弹性力学、动力学、有限元分析法、数值分析和可靠性分析,对静压膨胀夹头进行建模、静动态特性分析、可靠性分析与仿真研究:首先,在弹性力学基础上,建立夹头的受力模型,运用有限元分析软件对静压膨胀夹头进行静态特性分析,初步探求其夹持状态;其次,考虑到静压膨胀夹头夹持部位关节的弹性性质,关节的约束并非完全刚性,采用线性弹簧和扭转弹簧对夹持部位进行表征,建立夹头/刀具系统的弹性约束模型,进行数值计算,得到了固有频率,并与有限元分析结果进行对比,对比结果具有很好的一致性;再次,在动力学基础上,运用有限元软件对静压膨胀夹头进行了模态分析、谐响应分析和瞬态动力学分析,获取夹头的动态特性;最后,考虑到静压膨胀夹头在使用中安全可靠性问题,基于结构可靠性理论,确定关键设计参数,对夹持结构进行可靠性分析,研究外部载荷和结构参数的随机变量对最大夹持变形和最大等效应力影响,得到了相关系数并进行灵敏度分析,获取结构可靠度。