在航空航天等高端制造领域中,五轴混联加工机床是高效高精度加工复杂结构件的重要装备,其中关键部分是具有两转一移（2R1T）自由度的并联机构,但现有的2R1T并联机构大部分存在单自由度关节数目多、含虚拟输出转轴等问题,影响了机构的精度和刚度等性能,限制了实际应用。针对以上问题,本文运用几何代数设计出一类关节数目少且具有确定转轴的2R1T并联机构,并对该类机构进行性能评估与机构优选,包括运动学、静刚度和动力学分析,确定2PRU-PSR并联机构为最优选择,并将其推广到适用于复杂结构件加工的五轴混联数控设备。论文主要研究内容及成果如下:以几何代数为数学工具,针对大型航空结构件的加工需求,完成了对具有确定转轴的2R1T非冗余驱动和冗余驱动并联机构的构型设计,提出了多种新构型,包括非冗余驱动并联机构Tex3和2PRU-UPR以及冗余驱动并联机构Tex4、Hex4和2PRU-2UPR等。利用几何代数中运动空间和约束空间的正交互补关系,求得了并联机构中分支约束力/驱动力的解析表达式,并据此对具有确定转轴的2R1T并联机构新构型进行了运动学性能分析与尺度优化,包括非冗余驱动并联机构Tex3和2PRU-UPR以及冗余驱动并联机构Tex4、Hex4和2PRU-2UPR。提出了几何代数框架下过约束并联机构解析静刚度建模方法。考虑过约束并联机构中柔性杆件的影响,结合应变能方法建立分支及整体机构的静刚度解析模型,表达简明且物理意义清晰。应用该方法对过约束并联机构Tex3和Tex4进行了静刚度建模和验证。提出了几何代数框架下并联机构解析逆动力学建模方法。根据几何代数的外积性质可直接确定机构各分支中的关节速度和加速度,进而得到杆件速度和加速度,并结合虚功原理确定机构驱动力/力矩幅值的解析表达式。选取2个并联机构验证了所提方法的正确性,同时与基于牛顿-欧拉方程的自然正交补法进行对比,体现方法的计算效率。选取2PRU-PSR并联机构,对其自由度、运动学、静刚度和逆动力学进行分析与评估,证明其适用于复杂结构件的加工。进行了样机设计,搭建了基于2PRU-PSR并联机构的五轴混联原理验证样机,并控制其实现对毛坯件的五轴联动加工。本文对设计和分析具有确定转轴的2R1T并联机构有重要参考价值,对促进并联机器人技术自主创新与工程应用具有重要意义。