随着信息时代的到来,现代光学系统正朝着高精度、高分辨率以及高功率方向发展,为了获得更好的性能,光学系统中光学镜面的精度也变的愈来愈高,这对大型镜面加工装备提出了更高的要求。并联机构具有高刚度、高精度、无累积误差的优点,与串联机构结合使用,极为适合作为大型镜面加工装备的构型,可以有效提高镜面加工的精度。本文以一种具有两个转动自由度、三个平动自由度的大型镜面加工装备的并联模块为研究对象,考虑到并联模块耦合特性和稳定性对加工精度有着重要的影响,主要对并联模块的动力学建模、耦合特性、静刚度和稳定性进行了研究分析,并通过数值仿真和虚拟样机实验验证了相关结论的正确性,主要内容如下:1)研究了加工装备并联模块动力学建模并进行了动力学分析:首先,在并联模块和串联模块中分别建立了各部件的连体坐标系,利用矢量法对并联模块的运动学进行了分析,并利用旋转矩阵将刀具系统坐标系与定坐标系联系起来,根据力矩平衡获得了各支链的质心位置;接着,选择“接触-分离”二状态模型和LN接触力模型对复合铰链中的接触力进行了描述,选择Coulomb摩擦力模型对虎克铰中的摩擦力进行了描述;然后,利用牛顿-欧拉法分别建立了驱动支链、约束支链和动平台的动力学平衡方程,并将串联模块对并联模块产生的力和力矩等效转化为作用在动平台中心点的外载荷,最终建立了考虑复合铰链接触力和虎克铰摩擦力的动力学模型;最后,在动力学模型的基础上,利用MATLAB对串联模块产生的外力和外力矩进行了数值仿真,分析了运动过程中接触力和摩擦力变化情况,同时比较考虑和不考虑运动副作用力两种情况下驱动力的变化,验证了动力学模型的正确性,其中运动学分析和动力学模型为之后的耦合特性和稳定性分析奠定了基础。2)研究了加工装备并联模块的耦合特性并进行了虚拟样机实验:首先,对并联模块运动链进行了分解,计算了并联模块的机构耦合度,在运动学分析的基础上,对并联模块的完全解耦和线解耦特性进行了分析;接着,根据耦合度评价矩阵,利用雅克比矩阵向量夹角和耦合之间的关系,建立了耦合度评价指标和全域耦合度评价指标的数学模型,并利用MATLAB对工作空间内并联模块不同位置的耦合情况进行了分析;利用ANSYS Workbench建立了虚拟样机,获得有无刀具系统下动平台中心点的坐标值,并与理想值进行了比较,分析了刀具系统对并联模块耦合特性的影响。3)研究了加工装备并联模块的静刚度特性并进行了仿真实验:首先,根据并联模块的机械结构特点,分别建立了驱动支链和约束支链的驱动刚度矩阵和约束刚度矩阵,基于虚功原理,进一步建立了并联模块静刚度模型;然后,定义了刚度性能指标,刚度矩阵最小奇异值和各向同性指标,在根据有限元分析和机械手册计算得到刚度矩阵各系数值的基础上,利用MATLAB对并联模块线刚度和角刚度的分布规律进行了数值仿真,并对驱动支链的刚度性能指标进行了分析;最后,利用Solidworks建立了加工装备三维模型并导入ANSYS中,得到了不同位姿下并联模块的位移云图,将动平台中心点受力位移的计算值和仿真值进行了对比,验证了并联模块静刚度模型的正确性。4)研究了加工装备并联模块的稳定性并进行了虚拟样机实验:首先,根据李雅普诺夫指数法定义,将动力学方程进行转化得到了并联模块的状态方程,从而进一步求得李雅普诺夫指数,并确定了影响李雅普诺夫指数的结构参数和动力学参数;接着,基于李雅普诺夫指数,利用MATLAB分析原始参数下,李雅普诺夫指数在a、b和L三个方面的变化情况,并进一步分析了驱动力、中间支链质量和质心位置对指数的影响;然后,研究了双转子行星研抛刀具系统对李雅普诺夫指数的影响,从而确定了刀具系统对并联模块稳定性的影响;最后,利用Adams建立了虚拟样机,获得了有无刀具系统两种情况下动平台的位姿参数,对比分析两组参数,获得了两种情况下并联模块在a、b和L三个方面的稳定性变化,验证了刀具系统对稳定性影响的结论。