气体静压主轴作为超精密加工机床重要零部件之一,它的回转误差直接影响着机床的加工精度。因此,在机床的设计、制造、装配过程中,主轴回转误差的测量是一项关键技术内容,测量精度的提高更是一个重要的技术问题。首先根据本文中主轴设计的具体要求,选择闭式气体静压轴承作为支撑部件,将重点放在轴承结构和主轴控制系统的设计上。通过研究气体静压轴承的工作原理,确定小孔节流的结构形式,利用表压比法设计了轴承的主要结构尺寸。通过主轴的控制系统的研究,使用全闭环控制控制方案,提高主轴系统的稳定性。其次使用傅里叶变换与MATLAB仿真软件对主轴回转误差中的谐波分量以及同步误差与异步误差进行仿真分析。基于反向法、多步法、多点法和本文提出的两点反向法测量理论,对比预测值与仿真值,计算出每种方法的相对误差,以及在每种方法的优缺点进行分析的基础上,选择两点反向法测量该气体静压主轴。然后基于实验测量的硬件系统,对设计好的气体静压主轴进行测量实验,得到主轴不同转速下的回转误差。基于测量得到的主轴不同转速下全误差以及同步误差与异步误差的数据得出转速与之对应的关系,基于对测量数据的仿真分析,得出主轴回转误差主要的谐波成分。通过在时域图像上和频域图像上对两点反向法与美国雄狮(Lion)回转误差分析仪测量结果的对比,验证了两点反向法的分离精度的可靠性。最后通过对气体静压主轴回转误差的测量实验,分析了主轴回转误差的来源。基于主轴动不平衡对回转误差影响的原理,选取主轴的前端面进行主轴动平衡校正实验。通过平衡主轴的惯性力矩,解决主轴动不平衡问题。基于标准球不同安装偏差量对应的回转误差谐波分量值,得出安装偏差量对主轴回转误差的影响,通过设计真空吸附装置微调标准球的位置来减少安装偏差。基于传感器不同安装偏差量对应的回转误差值,得出安装偏差量对主轴回转误差的影响,通过测量软件校正了其安装偏差。