高速加工技术因其独特的优势而广泛应用于汽车工业、模具制造和电子制造等工业。高速夹头对刀具的夹紧性能直接影响到产品的高速加工可靠性和加工质量。在前人相关研究成果的基础上,本文采用理论分析、有限元分析、数值分析和可靠性分析等方法对高速弹簧夹头进行建模、接触特性分析、结构参数优化、可靠性分析和铣削稳定性研究,并取得了如下成果:首先,以弹性力学理论为基础建立了高速弹簧夹头的力学模型,同时通过有限元分析软件ANSYS Workbench建立了高速弹簧夹头与刀具接触有限元模型。并对两种模型计算的夹头对刀具的夹持扭矩进行对比,发现相对误差可控制在6%之内,从理论上验证了有限元模型的正确性。其次,利用有限元模型对夹头/刀具接触面上的应力分布特点进行分析。研究夹头在不同结构参数下接触面平均接触应力变化规律,并发现增加瓣簧个数可以有效的减缓接触区域的应力集中现象。同时基于该模型揭示不同机床工作状态对夹头/刀具平均接触应力的影响情况,并发现转速大于30000rpm时平均接触应力开始大幅下降,为确保高速加工的可靠性提供了依据。再次,以提高夹头/刀具平均接触应力为目标,采用正交仿真试验对高速弹簧夹头的结构参数进行优化,并得出了夹头结构参数的最佳参数水平组合。基于正交仿真试验结果利用MATLAB软件建立数值拟合函数,确立了不同结构参数与夹头/刀具平均接触应力之间的映射关系。同时求解拟合函数,确定了优化后的夹头参数尺寸。优化前后夹头/刀具平均接触应力提高了14.62%,为开发性能更优良的新型高速弹簧夹头奠定了基础。最后,基于ANSYS Workbench的可靠性分析技术,利用Six sigma可靠性分析模块对优化后夹头的夹持可靠性和结构强度可靠性进行分析并得出满足Six sigma可靠度设计要求下夹头的最大夹持扭矩为1357.108 mN?,夹头最小安全因子为3.1986。并通过实验对采用优化后的高速弹簧夹头工具系统在不同主轴转速下进行铣削稳定性分析,发现了优化后的夹头铣削性能表现良好。