高速切削加工技术以高效率、高精度和高表面质量为基本特征,在现代制造技术中得到越来越广泛的应用,它与精密加工、高能束加工、柔性自动化加工一起,构成了当今机械制造中的四大先进制造技术。工具系统作为高速加工的关键技术之一,其结构特征和联接性能对高速加工的质量和效率有着非常重要的影响。热装工具系统正是在符合高速加工发展的要求下应运而生,并得到快速发展。　　 本文在对国内外高速加工工具系统研究和分析的基础上,运用理论分析和数值模拟的方法对热装工具系统的感应加热过程,接触特性,径向刚度和失效形式等重要问题进行了系统地研究。研究的主要工作及成果如下:　　 (1)基于麦克斯韦方程组和弹塑性力学分析理论,建立了热装夹头感应加热过程的电磁场,温度场和应力应变场的数学模型,对感应加热过程进行了理论分析。　　 (2)在通用有限元软件ANSYS中建立了热装夹头感应加热过程的有限元模型,并给出了建模过程中的各种问题的处理方法。采用顺序耦合的方式对热装夹头的电磁场,温度场和应力应变场进行模拟,揭示了不同电流密度、电流频率以及刀柄热缩机与热装夹头的相对位置对热装夹头温度场和应力应变场的影响规律。对热装夹头感应加热参数的选择具有参考意义。　　 (3)建立了热装工具系统的接触特性和弯曲刚度的理论模型,并结合有限元模拟揭示了过盈量、主轴转速、夹持长度、夹头壁厚以及配合直径对系统接触特性和径向刚度的影响规律,并对这些参数的选取作简单的评判。　　 (4)研究了热装夹头在高速加工过程中的主要失效形式,建立了基于夹头材料强度失效和夹紧力失效的极限过盈量的理论计算模型,并通过有限元软件进行验证,通过两种方法对比表明:对于基于夹紧力失效的临界过盈量的计算,理论模型和有限元模型结果具有很好的一致性,对于基于材料强度失效的临界过盈量的计算,有限元模型更加符合实际状况。最后,通过分析两种失效状态下的临界过盈量,进而得到热装工具系统的最佳公差配合。研究工作对保证高速加工过程中热装夹头的安全使用具有现实的指导意义。　　 本研究内容是国家科技重大专项“高速数控机床用新型工具系统(2009ZX04012-012-07)”的一部分,研究工作丰富了高速切削工具系统的设计理论,有助于缩短我国与欧美在高速加工工具系统研究方面的差距,对开发具有自主知识产权的高速加工热装工具系统有一定的参考价值。