高速精密空气静压主轴是超精密机床的核心部件,其具备高速、高精度、无温升及无磨损等优点,从而被广泛运用于微小零件及高精度表面的加工,而主轴存在承载能力有限、受不平衡状态的影响较大等局限性,对其设计与制造提出严格要求。因此,本文针对高速精密空气静压主轴,结合理论分析、数值仿真及应用实验,对主轴的动静态特性开展了系统的研究工作。主要研究内容如下:(1)利用CFD仿真软件Fluent对主轴关键结构——空气静压轴承进行计算。通过改变不同结构参数和工作参数,研究了轴承流场的特点,得出了径向轴承和止推轴承的承载力和耗气量随偏心率、节流孔位置、长径比、气膜厚度等参数的变化规律,并基于提高承载能力的情况下减少耗气量的原则,综合选取了最佳结构参数,为空气静压轴承的设计和结构参数优化提供了重要参考。(2)阐述了主轴转子动平衡原理及平衡方法,基于影响系数法建立了转子动平衡校正公式,分离了校正面之间的影响误差,选取合适的校正加工面对主轴转子进行动平衡校正实验,将转子的剩余不平衡量降低至许用要求,解决了该类小型高速转子的难平衡问题。(3)采用有限元分析软件WORKBENCH,对主轴转子进行了动静态特性分析,得到了转子在静态加载情况下的应力和应变情况,得出了转子自由模态和工况下模态,得到了转子的临界转速。通过谐响应分析,得出了转子各部分受激振力的影响规律。研究表明,转子工况下的固有频率低于自由状态下的固有频率,1阶激振的影响会降低主轴刚度。(4)利用现有的测量装置及加工设备,对主轴转速、跳动、刚度及磨削加工性能进行了综合实验,验证了仿真与动平衡校正的结果,得出了主轴转速及跳动的变化规律,对比了转子动平衡校正前后的性能。研究表明,提高转子动平衡精度将有效降低主轴跳动,并提高加工精度。