在舰船的制造过程中，复杂曲面上开大直径相贯孔一直是一个关键技术，同时也是制约我国舰船现代化建设的一个重要因素。传统的人工放样、手动切割、后期打磨的加工工序，不仅加工过程繁琐，且加工精度低，已不能满足现代舰船的制造要求。为此，如何能很好的解决这一问题，对于提高我国舰船制造质量、缩短和世界先进水平之间的差距具有重要的意义。　　本文在大量研究国内外相关的先进加工技术之后，结合具体的设计要求，提出了一种基于变胞原理的五自由度火焰切割机方案，并对切割机各部分的机械结构、传动形式和系统的整体控制方案进行了设计，解决了在复杂曲面上开大直径相贯孔的变姿态、变轨迹问题。同时对切割机运动过程中多自由度的协同运动问题，在分析了各个自由度负载情况和综合考虑了不同同步控制技术特点后，采用了主从同步控制技术，达到了切割机各种工况下自由度间同步控制的目的。并以切割机末端闭环执行机构为分析对象，进行了同步控制误差的对比分析，验证了主从同步控制在提高同步精度方面的有效性。　　在变胞切割机结构和控制系统的基础上，针对加工过程中的数学问题，进行了切割轨迹、切割厚度和自由度间协同运动规律的数学分析，及切割机变胞结构主动件间运动规律的推导。同时为了方便误差建模，对切割机加工时的五种不同状态进行了构态分析，综合为三种基本构型，直口切割构型、坡口切割构型和姿态变换构型。并以这三种构型为基础，进行了切割机运动误差源的分析，在考虑主要的结构误差和传动链误差，热误差和柔性变形误差的前提下，运用旋量理论，完成了三种构型下切割机运动误差的建模。并运用Matlab完成了对直口、下坡口和上坡口误差的仿真分析，得到了切割机运动误差的理论值。　　以变胞切割机的运动误差模型为基础，针对最小二乘法存在的变量间的多重相关性和样本容量小等问题，采用偏最小二乘法原理及误差的前馈补偿方式，实现了运动误差的补偿。在简单的介绍偏最小二乘法之后，进行了切割机末端点位姿误差模型的推导，得到了基于偏最小二乘法的误差补偿流程图，并完成了误差补偿算法的设计。最后以下坡口切割为例，用Matlab进行了误差补偿效果的仿真分析，验证了补偿策略的有效性。　　采用XPC快速控制原型的方法，对变胞切割机原理样机控制系统的软件与硬件进行了详细的设计，完成了原理样机控制系统的搭建，并通过运行试验，验证了切割机原理的正确性，为实际切割机的制造提供了理论参考。