航空结构件的精密加工与智能装配对柔性制造系统的研发提出了新的挑战。为实现大尺寸弧形航空结构件的高效加工与快速装配,设计了一种C形导轨加并联操作模块的新型混联柔性制造系统。首先,运用虚拟样机技术依次开展了可锁定关节、模块化支链和可重构并联机构模块的概念设计。提出了两类三轴交叉式可锁定球关节LSJ-I和LSJ-II,获得6种不同的关节类型,并构成9种模块化运动支链。基于机构变异思想,完成了4种类Exechon并联机构模块的可重构设计。以类Exechon并联机构模块为核心部件,将其与含有C形导轨的串联机构结合,设计了5自由度混联制造系统。其次,运用螺旋理论建立了类Exechon并联机构模块的螺旋系,推导出系统的全雅克比矩阵J。分析表明:4种类Exechon并联机构模块都具有两转动一平动(2R1T)的运动能力,且均不存在约束奇异,但在特定条件下存在结构奇异位姿。采用矢量回路法,建立了混联系统的运动学逆解模型。在此基础上,提出了基于“分层切片”思想的系统工作空间的搜索方法,预估了该类系统中并联机构模块和混联系统的可达工作空间。再次,在构件受力分析与弹性变形分析的基础上,采用子结构综合方法构建了类Exechon并联机构模块的弹性静力学模型,并依托所建模型分析了机构动平台的静刚度、弹性位移以及关节反力/力矩。研究表明:并联机构模块的静力学性能存在与其拓扑结构相一致的对称性;其受机构位姿转角?和?的影响最大,受距离z(支链腿长)的影响次之,而受位置转角?的影响规律较为复杂。最后,基于3D打印技术,制作了两台并联机构模块原理样机,开发了相应的运动控制系统。以拓扑构型为2UPR&1RPS的原理样机为例,开展了并联机构模块的运动精度实验。结果表明:实测值与解析值贴合良好,验证了前述逆运动学分析的正确性。此外,在ANSYS环境下,对并联机构模块进行了静力学仿真。分析结果表明:数值计算结果与基于弹性静力学模型的解析结果吻合较好。在此基础上,构建了平均线/角位移指标以及平均关节反力/力矩指标,明确了混联制造系统静力学性能与并联模块位置转角?的映射关系。本文提出的混联制造系统兼具C形导轨工作空间大和并联机构模块刚度高的优点,有望为大型航空结构件的柔性制造提供一种技术解决方案。文中提出的概念设计、运动学分析及弹性静力学分析的方法及相关成果对其他并/混联装备的设计、分析及性能评估具有重要的借鉴意义。