搅拌摩擦焊作为一种全新的固相焊接技术而被广泛应用于轻质合金的焊接。主轴系统作为搅拌摩擦焊设备的关键功能部件,不仅承受巨大的焊接载荷,而且还需要能够调节工艺倾角及前进倾角,对焊缝形状及焊缝质量具有重要作用。3-TPT并联机器人具有刚度大、负载能力强、精度高等一系列优点,考虑到市场上并没有并联的搅拌摩擦焊设备,因此本文以此为基础设计了具有两个转角的主轴系统,将其改造成五自由度的3-TPT并联搅拌摩擦焊设备。由于在焊接时主轴系统的受载变形及动态稳定性影响着焊缝的质量,另外搅拌头产生的高温导致主轴系统温度场偏高,进而影响连续焊接时长及寿命。因此,本文利用有限元分析方法及相关稳态焊接实验对搅拌摩擦焊主轴系统的动静态性能及热态性能进行了分析。本文的主要研究内容包括:（1）分析了搅拌摩擦焊主轴系统的设计要求。分析了 3-TPT并联机器人的结构特点以及对6xxx铝合金焊接载荷的要求,总结了影响焊缝质量的工艺参数及焊接各种焊缝类型的设备自由度要求。（2）运用Solidworks建立了搅拌摩擦焊双转角主轴系统三维模型。对A、C轴驱动机构及主轴驱动机构进行了分析与设计,对主轴轴承的配置方式及主轴结构的设计参数进行了初步设计。（3）分析了主轴的动静态特性。对搅拌摩擦焊下压过程进行了数值模拟,得出轴向力的变化曲线,根据经验公式计算了轴承的刚度。运用传递矩阵法建立了主轴的动力学模型,求解了主轴的共振频率及临界转速,分析了固有频率与主轴轴承刚度、支承跨距的关系。（4）分析了主轴系统的热态特性并对主轴系统进行了改进。分别研究了在焊接时搅拌头产生的热量及主轴轴承产生的热量,分析了主轴系统散热的边界条件,计算了对流换热系数,运用Ansys对主轴系统的温度场进行了仿真分析。（5）通过焊接实验测量并验证了搅拌头产生的热量对主轴系统的温度场及回转精度的影响。根据搅拌头的设计原则,设计并加工了四种类型的搅拌头,并且运用三轴搅拌摩擦焊设备进行了稳态焊接模拟实验。