本文针对航空航天大型圆柱箱体球冠面涂层加工存在的箱体结构尺寸巨大、变形严重、凸起结构复杂等问题,开展箱体加工方法及串并混联机构的研究。提出一种基于5-PUS/(2UR)PU并联机构作为加工头的新型混联加工机构,并对其进行理论分析和尺寸优化,构建混联加工机构的虚拟样机模型,进行混联加工机构的仿真分析。论文研究最终为超大尺寸箱体球冠面的实际加工方法和加工装备的结构配置提供技术支持,具有重要的研究意义,对此进行以下研究与分析。(1)超大尺寸箱体球冠面涂层等厚加工的总体方案设计。分析加工要求和结构特点,分析加工工艺,结合实际工程需求,提出了不同的箱体球冠面涂层加工的整体组成方案,并通过对比研究分析,确定满足实际工程需求的最优加工方案。(2)箱体加工混联机构构型的设计。分析箱体球冠面涂层在加工中的要求可知,机构应满足大工作空间、高灵活性的加工需求,因此加工机构采用了举升调节装置和并联机构串接混联的结构配置形式,在竖直方向能够实现位移的三级叠加,满足大工作空间设计要求;同时,采用了局部并联加工头实时检测加工的方法,提高了加工的灵活性。通过计算得到机构自由度为5,满足加工要求。(3)新型混联加工机构运动学和动力学分析。机构运动学进行了正反解的推导和速度雅克比矩阵的建立。动力学分析进行了机构各支链杆件质心的运动分析,动平台的外力分析,最后给定动平台的受力和运动情况,求解了驱动副的驱动力。(4)新型混联加工机构工作空间、灵巧性及静刚度性能分析。计算了混联机构的工作空间,并与单一并联机构进行了对比分析。在速度雅克比矩阵的基础上,求解局部条件数指标,并分析了机构的灵巧度性能。计算静刚度矩阵的最小特征值,并分析了混联加工机构的刚度性能。(5)新型混联加工机构的尺寸优化。选择遗传算法作为机构的优化算法,建立了需要优化的目标函数,给定机构的约束条件和优化参数,并基于MATLAB软件编程计算,得到了一组最优混联加工机构的优化设计尺寸参数。(6)新型混联加工机构虚拟样机仿真。基于ADAMS软件,根据优化的尺寸参数,建立了虚拟样机模型,以圆弧形运动轨迹为例进行了运动学仿真。同时基于MATLAB软件对混联加工机构的动力学进行了仿真分析,分平面圆周运动、绕x轴转动和绕y轴转动三个方面进行了数值编程仿真计算。研究结果表明所设计的新型混联加工机构具有较大的工作空间,能够满足箱体球冠面加工的需求,并通过仿真分析,验证了理论分析的正确性。