高速加工工具系统是高速加工机床的重要组成部分,其性能直接影响高速加工的质量和效率。传统的7:24主轴/刀柄接口和目前广泛使用的HSK主轴/刀柄接口都会在高速下因离心力作用而发生径向膨胀,导致主轴与刀柄配合锥面发生分离,降低了接口联接刚度和可靠性,制约了高速加工工具系统极限转速的提高。针对该问题,本文从改变主轴锥孔结构和材料的角度出发,设计了陶瓷-金属复合结构高速主轴/刀柄接口这一新型工具系统,并对其联接性能进行了理论和有限元分析,具体内容如下:确定陶瓷-金属复合结构高速主轴/刀柄接口的整体结构、联接方式、陶瓷衬套的结构尺寸和材料。应用相关理论与仿真计算,对接口的结构尺寸及材料进行详细的设计。对接口的变形理论进行分析。分析接口变形的主要影响因素,从理论上找出本文的设计依据;对主轴/衬套联接可靠性进行了理论分析,确定可将主轴/衬套配合形成的结构视为复合主轴;建立有限元模型,对接口变形和轴套联接可靠性进行仿真分析;对接口极限转速进行理论和有限元仿真分析。对接口联接性能进行分析。利用有限元软件,分析主轴转速、拉刀力以及接口锥面配合过盈量对接口接触应力的影响规律,同时分析新型接口的轴向刚度、扭转刚度以及径向刚度,并与HSK主轴/刀柄接口的进行比较分析。研究表明,本文设计的陶瓷-金属复合结构高速主轴/刀柄接口较HSK主轴/刀柄接口有显著改善,不仅极限转速显著提高,其轴向刚度、扭转刚度及径向刚度都有所提高,更适合于高速加工。