并联机床是并联机构与现代数控机床完美结合的产物,是上个世纪末机械制造装备领域最为耀眼的创新,与传统的数控机床相比,并联机床具有许多优点和独特的性质,具有极大的应用潜力。但是,与历史悠久、相对成熟的传统机床相比,无论在设计分析理论方面,还是在本质特性的掌握方面,年轻的并联机床都还显得相对稚嫩和薄弱。针对这一状况,本文对并联机床设计和分析中的若干关键性基础理论进行了某些深入的研究和探讨。运动学正解是并联机构的基本问题之一。并联机构的正解方程是位置和姿态参数是高度耦合的非线性方程组,其求解非常困难。本文采用四元数方法描述一类线性相关的并联机构动平台的位姿,将姿态参数方程从高度耦合的正解方程中分离出来,可形成三个二元二次方程,结合单位四元数的约束条件,求出动平台姿态的四个符号解,同时位置也可表达为二次方程,在姿态的基础上也可以采用显式方式解析地解出,于是最终可以得到动平台的八组符号表达的位置正解。这是迄今为止六自由度并联机构正解最为简洁的表达。并联机构的奇异性对机构的性能有着重大的影响,寻找奇异性发生的条件,以使机构在工作时加以回避是并联机构理论研究中另一项基础工作。本文以符号正解为基础,解析地表达出一类线性相关并联机构的结构奇异、位置奇异和姿态奇异发生条件,同样是解析的显式表达。并将这个奇异性归纳总结出三条定理。在符号正解和奇异性条件分析的基础上,研究了线性相关并联机构奇异性和装配模式数目之间的关系,否定了各个装配模式之间由奇异曲面分隔的猜想。这也是迄今为止六自由度并联机构奇异性完整的表达和最好的结果。进一步本文还研究了结构奇异条件下的并联机构的自运动现象,解析地表达了自运动轨迹。限制并联机构广泛应用的一个主要原因是其相对工作空间较小。本文从实验和计算机仿真分析两个途径研究了BJ-04-02(A)交叉杆型并联机床的工作空间,分析了影响工作空间大小的因素,对实际应用具有参考价值。雅可比矩阵是并联机构力学性能分析的基础。本文针对雅可比矩阵中混合有两种不同量纲元素的现象,将并联机构的力传递性能分解为力传递性能和力矩传递性能,分别进行计算。所提方法自然直观,物理意义明确。刚度是衡量一台并联机床性能优劣的重要指标。本文推导了在某位姿时并联机床刚度的标量指标及其变化范围。并将其看作六维变形单位向量在六根超椭球轴上投影的加权平方和的根。因此,并联机床的刚度具有方向性。运用刚度指标,对交叉杆型并联机床和一般6-SPS并联机床的刚度进行分析和比较。通过比较发现,交叉杆型并联机床在刚度和刚度的各向同性两方面远优于一般6-SPS并联机床。运用凯恩方法,以并联机构运动平台原点的速度和角速度为广义速度,在任务空间中建立了封闭形式的高效并联机构动力学模型。并使用ADAMS动力学分析软件验证了模型的正确性。为了缩短计算动力学模型的时间,实现动力学控制,真正发挥并联机构的特点,本文针对并联机构的两种典型应用,提出了相应的简化动力学模型。冗余的自由度可以使并联机构根据需要改善机构的运动学和动力学性能。本文利用任务冗余自由度对并联机构的瞬时动能和关节力进行了优化分析。从结果来看,对并联机构瞬时动能的优化,不仅可以降低机构的瞬时动能,同时也在一定程度上对关节力起到了优化的作用。对并联机构关节的优化可以有效降低关节力的大小,避免关节力的突变。通过上述理论和实验的研究工作,加深了对并联机床的正向运动学、奇异性、装配模式、动力学特性、冗余自由度优化等方面的理解,有所拓展了在并联机床研究和开发方面的知识和方法,将会对并联机床进一步发展具有参考价值。本文的研究成果对并联机构及其在并联机器人和其他领域的应用也具有参考价值。