精密化、小型化、轻量化是高档装备制造业的发展方向之一。小型精密光学镜片、电子元器件,因精度高、结构复杂在一般机床上加工很难保证质量要求。因此,迫切需要开发一种专有的小型精密加工中心,以实现复杂结构,小型零件的精密加工。导轨和转台是小型精密加工中心的两大关键部件,其结构及性能直接影响机床的动、静态特性。精密空气静压轴承是导轨、转台的核心部件,其结构模型和参数的优化研究是导轨与转台设计的基础。本文基于气体润滑理论,对空气静压轴承进行参数优化。在此基础上,设计了导轨、转台的结构,探究其静态性能,并对其结构进行校核。主要工作如下:针对空气静压轴承所用的节流类型,提出了本课题研究中空气静压轴承的两种节流方式,即小孔节流与多孔质节流。基于气体润滑理论,建立了基于两种节流方式空气轴承的数学模型,获得了其静态性能的控制方程。在此基础上,运用有限元软件,揭示了节流孔尺寸、气腔尺寸、小孔导向锥角、均压槽布局、多孔质节流器尺寸以及多孔质渗透率对空气静压轴承性能的影响规律,实现了小孔和多孔质节流器的参数优化,为空气静压导轨及转台的设计奠定了基础。通过小孔节流、多孔质空气静压导轨性能的对比分析,论证了多孔质空气导轨性能的优越性,并运用Workbench软件平台,建立了基于模块化的流固耦合分析模型,进行了滑块材料、初始气膜厚度的优化设计,确定了空气静压导轨的结构和参数,保证了空气静压导轨的静态性能。以平面-径向组合止推式空气转台为模型,对多节流器平面止推空气静压轴承的静态性能进行探究。通过数值模拟,揭示了小孔及多孔质节流器个数对空气静压轴承性能的影响规律。通过对比分析,论证了环形多孔质节流式平面止推空气轴承的优越性,为锥形止推转台的设计奠定了基础。基于节流器的个数优化,提出了锥形止推空气静压转台的结构。利用ANSYS软件获得了锥形止推空气转台的静态特性曲线,并与平面-径向组合止推式空气转台的静态性能进行对比,推荐出锥形转台的最佳初始气膜厚度。通过对结构静力学的理论分析,推导了有限元计算的数学方程。以高速钻削为研究对象,通过数值计算,获得导轨及转台的结构件在微孔加工过程中的变形及应力情况,验证了关键件的结构合理性。