高速铣削加工中零件的加工质量很大程度上取决于主轴的动态特性及系统的运行平稳性,在高速运转下,采用气体轴承为支撑的电主轴气膜流场与转子之间存在强耦合作用。为适应高速精密加工发展需求,对于不同载荷激励及各种工况下的高速气体轴承-转子系统的耦合分析尤为重要。本论文以气体轴承-转子系统为研究对象,针对以静压气体轴承为支撑的高速轴承-转子系统在铣削过程中气膜流场及转子位移动态响应、转子轴心轨迹、流场压力变化等方面进行深入研究:基于流固耦合法分析转子在不同转速下转子轴心轨迹及动态特性系数变化规律,通过对模型的CFD数值建模及N-S方程的推导分析轴承-转子系统轴心轨迹和频谱特性,并结合轴承动态特性系数进一步分析转子轴心轨迹的变化规律。结果表明:转子轴心轨迹受转速影响很大。系统在转速20000r/min时出现明显的涡动现象,轴心轨迹开始发散,转子达到共振频率,轴承的稳定性变差。采用CFD数值计算,分区划分、局部加密的三维建模方法,并结合流固耦合法研究整个轴承-转子系统在不同阶跃载荷作用下的系统动态特性系数的变化趋势和流场的分布规律。与稳态阶跃载荷相比,瞬态阶跃力下转子超调量明显减小,且转子的稳定时间也有所缩短,原因是瞬态阶跃载荷下,10ms之前的阶跃载荷已经使转子系统流场与固体场达到耦合平衡,此时气膜已经具有一定的刚性使系统具备一定的抗载荷能力。基于小孔节流式气体轴承,以承载力和刚度为优化目标来优化轴承结构参数,如:节流孔周向位置、孔径、孔数进行参数优化设计。研究结果表明:小孔节流式静压气体轴承承载力提高约60%,刚度提升约为15%。环面和小孔节流两种节流形式下轴承-转子系统流固耦合仿真分析结果表明:以小孔节流为支撑的轴承-转子系统的承载能力明显得到大幅度提升。搭建了气体轴承-转子系统性能测试实验台,针对不同工况条件下的气体轴承-转子系统进行了实验测试。首先采用非接触加载方式获得电主轴静止、不同转速下的转子位移变化规律,并与仿真结果对比分析;通过对加工样件进行铣削测试,获得铣削力瞬态变化规律。