随着航天科技的快速发展,对重型运载火箭需求越来越大,重型运载火箭的箱体具有尺寸超大、结构复杂、易变形等特点。火箭箱体表面需要喷涂一层隔热材料并进行等厚加工。而传统加工装备在加工空间、精度和效率已不能满足重型运载火箭的大型箱体端面隔热层加工需求。因此,需要创新设计大型箱体端面隔热层的加工装备,并针对加工装备进行轨迹规划和控制方法研究,以保证大型箱体端面隔热层的设计参数要求。大型箱体端面隔热层属于尺寸超大、结构复杂工件,再设计1:1比例的专用机床对其进行加工已不符合发展趋势。为了解决大型箱体端面隔热层的加工难题,可以先将隔热层划分为若干子区域,然后通过加工装备对子区域依次拼接加工完成。因此,本文采用XYZ轴长导轨与大转角的3T2R冗余驱动并联机构串联组成的加工装备对大型箱体端面隔热层进行加工。XYZ轴长导轨可以满足大型箱体端面隔热层的加工空间需求,大转角的3T2R冗余驱动并联机构可以满足大型箱体端面隔热层的复杂曲面的加工需求。因此,研究大转角的3T2R冗余驱动并联机构构型设计、轨迹规划和控制方法对大型箱体端面隔热层的等厚加工具有重要的意义。本文主要研究大转角的3T2R冗余驱动并联机构构型设计,选出一种2（（2SPU）R）-（2UPR）R冗余驱动并联机构对其进行性能分析,并基于大型箱体端面隔热层的加工轨迹对其进行轨迹规划与轨迹追踪控制方法研究。具体研究内容如下:（1）面向大型箱体端面隔热层等厚加工方案设计。为了满足大型箱体端面隔热层的加工需求,根据大型箱体端面隔热层的加工要求和对加工装备的要求,分析了箱体端面扇形曲面隔热层拼接加工方法和凸结构拼接加工方法,提出了 一种大型箱体端面隔热层拼接加工方案。基于该加工方案,提出了三种不同加工单元的加工装备,通过分析三种加工单元的优缺点,确定了并联机构加工单元。此外,根据并联机构加工单元加工大型箱体端面凸结构隔热层的方式,分析了并联机构加工单元的自由度,从而确定了 3T2R冗余驱动并联机构。（2）3T2R冗余驱动并联机构的构型设计与选型。根据冗余驱动并联机构的自由度需求,提出了 3T2R大转角冗余驱动并联机构型综合方法。首先为解决冗余驱动并联机构的大输出转角问题,设计了两种具有两转动自由度的动平台;然后基于李群论和构型演变方法,设计了四类3T2R冗余驱动并联机构支链,在不改变支链自由度情况下,通过对四类3T2R支链进一步演化,得到了 11类一级演变支链;根据两种动平台结构特点和11类一级演变支链特点,配置出11类3T2R大转角冗余驱动并联机构。基于并联机构加工单元选型原则,确定了 2（（2SPU）R）-（2UPR）R冗余驱动并联机构作为并联机构加工单元。（3）2（（2SPU）R）-（2UPR）R机构的运动学和动力学研究。基于封闭矢量法,建立了 2（（2SPU）R）-（2UPR）R机构运动学数学模型,得到了机构铰接动平台中心点与伸缩杆、摆动杆和驱动副之间的雅克比矩阵。基于虚功原理,建立了2（（2SPU）R）-（2UPR）R机构动力学数学模型,得到了机构铰接动平台中心点与伸缩杆、摆动杆和驱动副之间动力学模型。在2（（2SPU）R）-（2UPR）R机构动力学数学模型中,分离了动力学惯性矩阵、速度矩阵和重力矩阵。基于动力学反解,通过Matlab和Adams联合仿真验证了 2（（2SPU）R）-（2UPR）R机构动力学建模的正确性。基于2（（2SPU）R）-（2UPR）R机构运动学和动力学模型,分析了机构运动学性能和动力学性能。结果表明,2（（2SPU）R）-（2UPR）R机构拥有较大转动角度和较好灵巧性,而且具有较好的加速性能和较高的能量传递效率。由此可知2（（2SPU）R）-（2UPR）R机构能够满足特定任务功能加工需求,证明了 3T2R大转角冗余驱动并联机构构型方法的有效性。（4）2（（2SPU）R）-（2UPR）R机构的路径规划及轨迹规划研究。根据大型箱体端面隔热层的结构特点,对大型箱体端面隔热层进行了不同形状加工区域划分,分析了大型箱体端面隔热层的加工区域及加工路径,规划了 2（（2SPU）R）-（2UPR）R机构的L型运动路径和圆弧加工路径。为解决2（（2SPU）R）-（2UPR）R机构在L型运动路径和圆弧加工路径中出现较大惯性力、对工件冲击和机构内部冲击,设计了新型组合加速度模式轨迹规划方法,规划了 2（（2SPU）R）-（2UPR）R机构在L型运动路径和圆弧加工路径的轨迹、速度、加速度和跃度,并给出了路径算例对新轨迹规划方法进行了仿真验证。结果表明,2（（2SPU）R）-（2UPR）R机构在新型组合加速度模式轨迹规划方法下按规划的路径运动,可以保证机构运动平稳性和无冲击性。同时证明了新轨迹规划方法应用于直线路径、圆弧加工路径和两点过渡段路径的有效性,避免了机构出现振动冲击和较大的惯性力问题,提高了 2（（2SPU）R）-（2UPR）R机构在运动加工过程中的可靠性和运动精度。（5）2（（2SPU）R）-（2UPR）R 机构的控制方法研究。针对 2（（2SPU）R）-（2UPR）R 机构结构特点和 2（（2SPU）R）-（2UPR）R 机构运动精度需求,提出了2（（2SPU）R）-（2UPR）R机构力位控制策略,即非冗余支链采用位置控制模式,冗余支链采用力控制模式。为了使2（（2SPU）R）-（2UPR）R机构避免外界干扰,设计了一种新型趋近律滑模控制方法。提出了一种基于超螺旋算法自适应模糊滑模控制方法,解决了滑模控制方法在控制2（（2SPU）R）-（2UPR）R机构过程中出现的抖振现象,增强了机构运动精度的稳定性。基于第五章新型组合加速度模式轨迹规划方法和规划的圆弧加工路径算例,分别对PID控制方法、新型趋近律滑模控制方法和基于超螺旋算法自适应模糊滑模控制方法进行了仿真验证。结果表明,2（（2SPU）R）-（2UPR）R机构在新型趋近律滑模控制方法下沿圆弧加工路径运动的稳定性比PID控制方法更好,而2（（2SPU）R）-（2UPR）R机构在基于STA算法的自适应模糊滑模控制方法下沿圆弧加工路径运动的精度更高和稳定性更好,同时也验证了第五章新型组合加速度轨迹规划方法的正确性。本文为大型箱体端面隔热层的加工提供了理论指导和技术支持。