机床是由各个部件组成的大型装配体，其中包含许多类型的机械结合面。主轴系统作为机床的最重要部分，对刀尖响应起着决定性的作用。而在主轴系统中，刀柄-主轴联接系统是机床中最薄弱的环节之一，其联结性能是影响切削加工稳定性的关键因素，将直接影响机床的加工质量。由此可见刀柄-主轴结合部静动态特性的研究具有重要的理论意义和工程实用价值。本文基于接触理论，考虑结合面间的法向作用和切向作用，建立BTF40刀柄-主轴有限元模型，分析拉刀力、离心力和刀尖点受力对刀柄主体和刀柄锥套应力和接触压力的影响、刀柄锥面与主轴孔锥面的接触分离情况、刀柄端面与主轴端面接触分离情况以及碟簧刚度对结合部联接性能的影响，并分别以超弹性材料与固定属性材料作为虚拟材料对刀柄-主轴结合部在高转速工况下进行了动力学分析，最后通过基于整机的实验验证了BTF40刀柄适用于高速切削。本文在BTF型工具系统结构分析的基础上，主要致力于通过有限元方法对BTF40刀柄-主轴结合部联接特性的研究。论述了课题研究的目的和意义，分别介绍国内外对刀柄-主轴结合部的研究、结合部接触表面建模的研究；通过BTF刀柄结构图说明了刀柄的特点和双面锁紧工作原理，并阐述了基于刀柄-主轴结合部的有限元接触理论；基于有限元分析软件ABAQUS建立BTF40刀柄-主轴结合部有限元模型，分析了拉刀力、离心力、刀尖点受力、刀柄碟簧刚度等因素对刀柄-主轴结合部联接特性的影响，得出在保证刀柄与主轴双面接触的情况下应当选取12kN拉刀力；为保证刀柄-主轴锥面接触率不低于60%的情况下，转速最高为20000转，刀尖点可以承受的最大径向力为800N；介绍了机械结构固定结合部虚拟材料思想，并阐述了本课题所应用的几种虚拟材料定义方法，最后将其应用于刀柄-主轴结合部动力学分析过程中，对比分析了虚拟材料方法和接触对方法；通过实验手段测量得到BTF40刀柄-主轴结合部静刚度和高速旋转状态下刀柄径向抗弯特性，以及整机切削实验，将实验结果与BT40刀柄进行对比。本文在国内首次开展BTF刀柄的研究，研究成果丰富了我国高速刀柄的设计理论，为高速加工用刀柄系统的设计制造提供有力的技术支撑。