在金属切削加工中,钻孔仍然是使用最广泛的孔加工方式,并且钻削加工中使用较频繁的刀具仍是麻花钻,但传统麻花钻存在磨损后换刀需要重新定位、切削刃修磨费时费力、材料成本高等缺点。可换头钻头分为刀头和刀杆,其刀头使用切削性能好的硬质合金制造,而刀杆使用力学性能稍差、加工便宜的普通合金钢制造。可换头钻头的刀头和刀杆是通过自锁的方式进行连接,能实现刀头的快速夹紧和定位,而且同一个刀杆可以安装多个不同尺寸的刀头,在刀头发生失效后可以只更换刀头,节约钻头的材料成本。同时可换头钻头采用内冷却方式,在钻头的内部制造了内冷却孔,大大提高了钻头的散热和排屑性能。企业现在生产的可换头钻头虽然有许多优点,但是也存在一些问题,例如切削力发生突变、钻头折断、退刀时刀头发生脱落等,其中退刀时刀头发生脱落不仅影响孔的表面质量,还大大降低了生产效率,因此有必要设计一种可靠的结构,保证刀头在退刀过程中不会脱落。本文先分析了企业现有可换头钻头连接结构存在的问题,再借鉴国外新型可换头钻头防止刀头脱落结构的特点,设计出通过燕尾槽结构防止刀头脱落的可换头钻头。由于可换头钻头连接处结构发生了改变,所以设计出两种自锁结构的可换头钻头,因自锁结构处结构最危险,所以的新设计的可换头钻头自锁结构进行强度分析。对设计出的可换头钻头运用三维软件SolidWorks进行建模,然后在有限元分析软件AdvantEdge FEM中进行钻削过程的模拟仿真,并提取仿真结果中的切削力。将获得的切削力用在有限元分析软件ANSYS对新设计的可换头钻头自锁结构的强度分析中,分析自锁结构稳态安全性。对设计出的可换头钻头进行切削加工验证自锁结构的可靠性,优化方案是运用正交实验法设计,分析偏心距和偏心圆半径对自锁结构强度的影响,通过极差分析获得各参数对自锁结构强度的影响程度和规律,最后得到更加安全的自锁结构。通过对优化后的新可换头钻头进行动力学特性分析,确定其共振频率,为其应用提供指导作用。论文研究的结果表明,在可换头钻头自锁结构的设计过程中运用有限元分析软件对其进行设计和分析,能够缩短其设计周期和减少设计成本。同时也能为以后其他钻头的设计提供一定的参考,并希望该设计思路与分析方法能够运用到其他机械结构的设计中。