高速加工工具系统是高速加工机床的重要组成部分,其中刀柄和主轴的联接性能直接影响工件的加工精度和效率。但在高转速下,由于离心膨胀量的差异导致刀柄锥面和主轴锥孔之间产生径向间隙的问题日益严重,降低了刀柄/主轴的联接性能,限制了刀柄极限转速的进一步提高。针对此问题,为提高刀柄的极限转速,设计了一种利用轴向波纹锥套动态补偿离心膨胀的高速刀柄,简称新型高速刀柄。通过理论计算及有限元仿真分析对新型高速刀柄进行了设计,并对刀柄/主轴的联接性能进行了分析,具体研究内容如下:首先,对新型高速刀柄进行了设计:对非标准件锁紧螺母及碟形弹簧进行了设计,通过有限元仿真确定了碟形弹簧的初始预紧量以及所需的预紧力;根据HSK-E63刀柄的外形尺寸,结合有限元仿真和正交试验确定了波纹锥套的主要结构参数;通过对波纹锥套与刀柄本体圆柱面的平均接触应力的分析,确定波纹锥套锥面过盈量的取值范围,确定了波纹锥套与刀柄本体的结构尺寸。其次,对新型高速刀柄/主轴的静态联接性能进行了分析;分析了其定位精度;通过有限元仿真对其在不同转速不同弯矩下的径向刚度进行了分析并与HSK-E63刀柄进行对比;分析了转速对波纹锥套径向补偿量以及锥面、圆柱面和端面的平均接触应力的影响,确定了刀柄的极限转速。最后,对新型高速刀柄的动态性能进行了分析:通过有限元仿真对新型高速刀柄/主轴的模态和谐响应进行了分析,并与HSK-E63刀柄进行了对比。