碳纤维复合材料以其优越的机械性能得到了航空航天、交通运输等领域的青睐,特别是在对强度和比刚度要求较高的航空航天领域,越来越多的重要部件都采用了复合材料来制造。复合材料筒(下称复合筒)是典型的大径薄壁工件,它需要与初容室进行对接及配钻。由于传统的对接和钻孔方式效率低精度差,已经不能满足现阶段的生产要求；所以,需要研制一套对接方便可靠,钻孔精度和自动化程度高的设备来完成上述过程。本文介绍了课题的选题背景和来源,分析比对了国内外复合材料钻孔加工技术现状,在此基础之上阐明了课题的选题意思。主要的研究内容有：首先,根据设计要求通过基于功能分析的方案设计方法完成了设备的方案设计。根据复合筒与初容室对接及钻孔的加工过程,将整套设备分成了三个子系统：对接子系统、钻孔子系统和支撑子系统。为了解决传统钻孔方法的向心精度较差的问题,提出了采用拱形梁支撑钻孔单元的方法。其次,根据方案设计中确定的方案,基于Pro/Engineer软件对设备进行了总体设计。充分利用自顶向下设计方法,从总体方案出发完成了设备各个子功能解的详细结构设计,建立了整个设备的三维模型。最后,利用有限元软件ANSYS/Workbench对设备的重要组件和零件进行了有限元分析。通过有限元分析,改进了拱形梁和支撑立柱的设计尺寸,并通过基于参数化的优化方法,对钻孔组件进行了优化设计,在尽量避免增加质量的前提下提高了其固有频率。最终设计完成了一套复合筒与初容室对接及高速钻孔的机床。