高速加工中心以高速度、高精度、高效率为特征，大幅降低加工成本，从而成为现代数控机床发展的主要方向。高速主轴-工具系统是高速机床的核心组成部分，其结构和性能直接影响高速加工的精度和效率。本课题来源于2009国家科技重大专项“高速卧式加工中心”项目的子课题——加工中心主轴-工具系统的研究（专项号：2009ZX04001—15）。本文采用有限元方法研究了高速加工中心主轴-工具系统受力变形和动静态特性，并进行了高速加工中心主轴-工具系统的动态测试试验，验证了有限元仿真结果的正确性。本文研究的内容包括以下三个方面：第一，采用有限元方法建立主轴-工具系统的数学模型，并运用ANSYS软件对主轴-工具系统进行预应力模态分析，得出主轴-工具系统的频率、振型及刀柄的临界转速。第二，采用有限元方法建立主轴-工具系统在高速状态下的数学模型，并通过ANSYS软件模拟主轴/刀柄联接系统在10000‐18000r/min转速范围内的径向变形，得出转速对主轴/刀柄联接径向变形的影响和刀柄适合的最佳转速范围，并提出了改进高速主轴-工具系统动态特性的两种方法。第三，建立主轴-工具系统试验平台，测试在1000‐15000r/min转速下，主轴-工具系统的回转精度及径向变形，并验证主轴、刀柄径向变形的有限元分析结果。通过锤击-模态法测试主轴的固有频率，利用LMS测试系统测试主轴-工具系统在各转速下的振型。此试验，一方面为了主轴在工作时能避开主轴的固有频率，防止主轴发生共振，影响机床的加工精度，并通过试验验证主轴-工具系统模态分析结果；另一方面是为了计算其它特性打下基础。本文研究高速主轴-工具系统动静态特性，研究结果对于进一步提高高速主轴的可靠性和加工精度有着很重要的意义。