高速加工工具系统的核心是刀柄,对保证刀具的准确定位及传递加工所需的运动和动力有至关重要的作用。随着高速机床主轴转速越来越高,传统7:24锥度、单面定位、长锥实心结构的BT刀柄,已不能满足高速加工需求。采用1:10锥度、双面定位、短锥空心结构的HSK刀柄,极限转速已取得显著提升。但为满足更高转速的加工要求,高速刀柄的极限转速仍需提高。为提高现有刀柄极限转速,设计了一种具有高弹性锥体的复合结构高速刀柄。采用理论和有限元法对刀柄/主轴联接性能和刀柄的极限转速进行了研究。具体研究内容如下:首先,对复合结构高速刀柄进行了设计。分析了抑制刀柄极限转速的因素,据此设计一种高速刀柄。借助ANSYS Workbench非线性有限元软件,确定刀柄的结构——刀柄本体配合锥套的复合结构,确定过盈量为12μm,刀柄和主轴锥面过盈量为小端32μm、大端30μm,锥套厚度为3mm,材料为MB7镁合金。其次,对刀柄性能进行了理论分析。通过理论计算,对刀柄锥套材料强度进行了分析;对刀柄/主轴联接刚度进行了分析,包括轴向刚度、径向刚度、扭转刚度;对刀柄的极限转速进行了分析,包括基于材料强度和基于预紧力的刀柄极限转速。最后,对刀柄性能进行了有限元分析。通过有限元软件,对刀柄/主轴定位面的接触应力和接触面积比例大小与分布进行了分析;对刀柄的极限转速和刀柄/主轴联接刚度进行了分析。