国防、航空航天、微电子及高精密仪器仪表等行业的迅速发展对微小孔及小口径光学元件提出了更高的要求,如何实现微小孔及小口径光学元件的高效加工是精密加工领域的重要课题。其中微钻削及超精密磨削加工效率高、精度高、实用性强,分别是微小孔和小口径光学元件的有效加工方式。气浮气动主轴由空气轴承支撑、气动涡轮驱动,由于其具有转速高、精度高、热变形小等优点,适用于微钻削加工和超精密磨削加工。本文应用自制的气浮涡轮主轴进行微钻削和超精密磨削加工,以验证主轴的加工性能及可靠性,并优化应用该主轴进行加工时的工艺参数,主要内容如下:(1)系统地阐述气浮涡轮主轴的工作原理,分析微钻削加工时的材料去除机理,微钻头的仿真和微孔的测试方法及原理,并分析超精密磨削加工时的材料去除机理及非球面斜轴磨削的原理。(2)为探究工艺参数对钻削质量的影响规律,并优化工艺条件来提高钻孔质量,在自制的超精密数控复合机床实验台上,采用自制的精密气浮涡轮主轴对镁合金AZ31B板材进行(?)0.5 mm微钻削试验。通过全因子试验设计,考察转速和进给速度对微小孔出口处毛刺高度、入口处孔径偏差及圆度误差的影响,其中孔径偏差和圆度误差采用图像处理结合最小二乘法计算获得。然后对试验结果进行分析,并对工艺参数进行综合优化。结果表明:当转速n=20000 rpm,进给速度f=0.4 mm/s时,微钻削的综合质量最好,此时钻削的毛刺高度达51.3 μm,孔径偏差13.5μm,圆度误差15.1 μm。钻削质量较好,应用该主轴进行微钻是可行性的。(3)在四轴联动的超精密机床上应用该主轴对碳化钨YG3工件进行平面的超精密磨削试验,采用单因素试验法探究砂轮转速、进给速度及进给深度对工件表面粗糙度的影响规律,得出最优工艺参数,并将该参数应用于碳化钨非球面的的超精密磨削试验中。结果表明:该主轴磨削出的非球面面形精度PV1.951μm,表面粗糙度Ra9.6 nm。磨削质量较好,应用该主轴进行超精密磨削是可行性的。