随着消费电子产品需求量的快速增加,PCB电路板的需求量也呈快速增长的趋势。为了满足PCB板中微细孔的高精度、高效率的加工要求,超高速空气静压电主轴被广泛应用于PCB加工行业。以压缩空气为润滑剂的静压轴承由于无固体接触,具有精度高、极限转速高、寿命长、振动小等特点,非常适合作为超高速电主轴的支承元件。但是由于空气的可压缩性等固有特性,超高速空气静压电主轴的承载能力和刚度较小,且在高速运行过程中,电主轴容易出现不稳定性现象,严重影响超高速空气静压电主轴的加工性能,限制了超高速空气静压电主轴技术的应用与发展。本文通过研究气体静压轴承的静态性能、电主轴系统的支承优化、气锤振动与涡动失稳的机理与判定式及其影响因素,掌握提高超高速空气静压电主轴稳定性的方法,从而更好地掌握超高速空气静压电主轴的设计方法。本文的研究内容主要包括以下四个方面：1、建立静压气体润滑Reynolds方程一般形式,利用ANSYS有限元分析软件,对径向轴承和止推轴承进行全参数的三维流体建模,计算了空气静压轴承的气膜压力分布及其承载能力,分析了气体轴承的主要结构参数对径向轴承和止推轴承的静态性能的影响,特别是对承载能力和刚度的影响规律,优选出径向轴承和止推轴承的主要结构参数。2、对超高速空气静压电主轴的支承配置方式进行了分析和优化。利用力学知识,计算与比较分析了双支承与三支承形式的电主轴系统的径向刚度,结果表明：三支承形式的电主轴系统刚度比双支承的高,第三个支承的位置也会影响主轴系统刚度,当第三个支承靠近主轴前端时,对提高主轴系统刚度的效果较好；采用流固耦合的分析法,利用ANSYS软件仿真分析了四种典型支承配置形式的电主轴系统在相同径向载荷作用下的变形情况,优选出最佳的支承配置形式；提出一种新的超高速空气静压电主轴三维结构,对其进行径向承载性能的仿真分析。3、研究了空气静压电主轴的气锤振动与涡动失稳的机理和判定方法。以静压止推轴承为例,推导了止推轴承产生气锤振动的判别式；利用Matlab软件仿真分析了止推轴承的气膜厚度、节流孔直径、气腔半径、供气压力四个结构参数对气锤振动的影响规律；利用简化的电主轴模型,采用线性运动理论,推导出电主轴系统的动态稳定性的判别式和电主轴系统的临界速度与极限转速的求解方法；从数值分析的角度,研究了气体轴承的偏心率、主轴转速、涡动转速分别对气膜阻尼的影响规律；提出了改善空气静压电主轴稳定性的措施。4、采用流固祸合的分析方法,对超高速空气静压电主轴进行模态分析与谐响应分析,得出了其固有频率与振型以及电主轴系统在外界激励力作用下,主轴前端的动态位移变化情况,为电主轴的实际运行和加工提供理论依据。