本文研究了目前的激光加工设备,发现驱动激光加工头均采用传统的串联机构,具有刚度差、笨重复杂、累积误差大等缺点。而并联机构作为串联机构的对偶机构,具有刚度大、结构简单、精度高、高速性能好等优点。为此,提出以并联机构作为激光加工头的驱动系统,开发了竖式6-PUS并联激光切割机床,实现了对空间复杂曲面的切割加工。论文首先对竖式6-PUS并联机构的运动学正解和奇异性进行了分析。首次将6-PUS并联机构的位置变量和姿态变量进行了解耦,推导出了其半解析化的正解表达式。根据推导的奇异轨迹解析表达式,分析了各姿态角对位置奇异的影响,得到增大姿态角会减小位置空间的规律。将无奇异姿态球半径作为衡量机构姿态能力(姿态空间)大小的指标,研究了机构参数和位置参数对姿态能力的影响;得出位置偏离中心越远机构的姿态能力越差的结论,并进一步导出姿态能力与偏离距离的近似线性关系表达式。在此基础上,分别从反解和正解的角度分析了6-PUS并联机构的工作空间。对6-PUS并联机构的力传递性能和整体刚度做了分析;基于此,利用“性能图谱和优质尺度域”的机构尺度综合理论对竖式6-PUS并联机构进行了优化设计,得到了优化的机构参数;并以运动/力传递性能为评价指标,对优化前和优化后的机构做了分析比较,结果表明,优化后机构的静平台半径与连杆长度的尺寸相接近,可显著提高机构的运动/力传递性能,同时满足了优质工作空间的设计要求。基于优化的机构,进行了竖式6-PUS并联机构的激光切割机床虚拟样机设计和动力学分析。采用动力学分析软件RecurDyn对其进行运动仿真得到了多种典型运动条件下所需的驱动力,为样机的电机选型提供依据;并利用MFBD多柔体动力学分析技术,对机构进行刚柔混合系统仿真,获得了机构在不同运动模式下的最大应力、应变值,为实际样机的设计提供了参考。最后搭建了竖式6-PUS并联机构的激光切割机床样机,并进行了平板切割和曲面切割实验。通过平板切割的单因素试验和正交实验,探讨了各工艺因素对切割质量的影响,并得到了切割碳钢薄板的较佳工艺参数。最后通过曲面切割,考察机床的固有特性(刚度、各向异性等)对加工精度的影响,为机床的进一步优化提供了依据。