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关键技术之一,其结构特征、联接性能对高速加工的质量和效率有着重要的影响。HSK (Hohl Schaft Kegel简写为HSK)刀柄的空心薄壁短锥,锥面与端面同时定位的结构特点,使其具有定位精度高、静动态刚度高、尺寸小重量轻、高速状态下性能稳定等优点,在高速加工领域得到了广泛的使用。因此,开展HSK工具系统性能研究有着重要的理论和实践意义。本文研究的主要内容来源于高档数控机床与基础制造装备科技重大专项——“高速数控机床用新型工具系统”课题(编号：2009ZX04012-012)，采用理论和实验相结合的分析方法,利用有限元数值模拟的手段展开对HSK工具系统及薄盘刀具静动态性能的研究,本研究的主要内容及贡献如下：1.以HSK刀柄联接典型刀具-薄盘类刀具为例,对HSK工具系统进行试验模态测试,分析了静态和动态的联接性能,为评估HSK工具系统静动态特性和解决HSK工具系统振动稳定性问题提供有力的科学依据。2.基于有限元和弹塑性力学原理,建立了相应的分析模型,应用有限元数值仿真的方法分析了影响HSK工具系统静态性能的主要因素,在此基础上,着重分析了工具系统在动不平衡激励作用下的动态响应、临界失稳转速和屈曲失效条件,揭示了不平衡对工具系统稳定性的影响规律,为深入开展HSK工具系统的动态特性研究和解决工具系统动平衡难题提供了技术支持。3.采用实验模态分析的方法对HSK工具系统进行了动态试验测试,得到了HSK工具系统自由模态和工况模态参数(固有频率、阻尼比和模态振型),并与有限元仿真分析得出的模态参数进行比较,验证了有限元模型的正确性与合理性,为研究HSK工具系统动态特性和结构优化提供必要参数。4.给出了发挥HSK工具系统卓越性能的合理使用参数(装配过盈量、拉紧力和平衡等级),研究结果表明,虽然HSK工具系统具有较高的刚度,但在使用时必须进行动平衡处理,否则会影响加工质量和效率,在掌握其静动态性能的基础上,对其进行必要的优化设计更有利于提升我国高速加工工具系统的研发能力。本文的研究成果,丰富了高速加工工具系统的性能研究,为促进HSK工具系统的普及应用和HSK工具系统国产化提供一定的理论依据和技术支撑。