高速加工技术是先进制造技术的主要发展方向之一。工具系统是高速加工机床的重要组成部分,其结构特征、联结性能对高速加工的质量和效率有着重要的影响。KM(Kenna Metal简写为KM)刀柄具有尺寸小、刚度及定位精度高、快速装夹及维护简单等优点,在高速加工领域得到了广泛的使用。因此,开展KM刀柄及其工具系统性能研究有着重要的理论和实践意义。本研究在对国内外多种工具系统结构分析的基础上,系统地展开了对KM刀柄及其工具系统的结构及联结性能的研究,本研究的主要内容及贡献如下:1.深入分析了KM工具系统的结构特征及其夹紧机理,阐明了其独特结构的内涵,为有限元模型的建立及数值模拟工作的开展提供理论依据。2.基于弹塑性力学理论,分析了KM刀柄/主轴联结系统的力学模型,给出在离心力作用下联结系统锥面出现的间隙量。并结合静态、高速状态下的过盈联结理论模型,分析了该工具系统过盈量配置问题,为后续的工作提供理论依据。3.应用有限元数值模拟方法,模拟了高速状态下KM刀柄与主轴径向膨胀变形规律及夹紧力、过盈量、转速等参数对KM工具系统联结性能的影响,并优化出各参数的取值范围。4.建立了KM工具系统在静态承载时的端面接触的力学模型,推导出其在刀柄/主轴端面即将分离时的极限弯矩计算公式,为正确、合理使用KM刀柄提供一定的理论依据。同时,应用数值模拟分析了弯矩载荷、夹紧力、转速、过盈量等参数对KM工具系统径向刚度的影响,揭示出高速加工状态下KM工具系统的径向刚度与承载能力的变化规律。本文的研究成果,丰富了高速加工工具系统的设计理论,为开发出具有我国自主知识产权的高速加工用新型刀柄及其工具系统提供一定的理论依据和技术支撑。