随着国内制造业的迅速发展,数控机床的可靠性越来越受到重视。传统的数控机床的可靠性研究方法有着研究周期长、耗资成本大的缺点,这严重制约了国内数控机床可靠性的发展。针对这些问题,本文提出一种五自由度的并联机构力加载平台,能够持续地给机床施加加载力,模拟机构五个方向所受的切削力。其突出优点是能够长时间持续不断地进行力加载,并且模拟了切削力,省去了机床切削实际工件的耗资成本。本文的主要内容有以下几个方面:设计一种五自由度并联机构力加载平台,对其自由度进行分析,综合运用矢量环法、虚功原理法等并联机构建模方法对并联机构力加载平台进行了运动学和动力学建模。接着,运用MATLAB软件对该机构的运动学和动力学模型进行仿真,为后续该机构的优化设计和控制研究奠定基础。对并联机构力加载平台进行优化设计。先分析机构的奇异性,确定机构在某些特殊位姿下存在奇异。然后提出一种通过优化部分支链安装角度的方法消除机构奇异性。接着,确定机构的优化参数,以及工作空间、力各向同性和刚度这三个优化性能指标,利用图谱法对机构的尺寸参数和角度参数进行优化设计,得到各个性能指标的性能图谱和多目标优化的图谱,并得到优化设计最优区域。最后将机构优化前后的各个性能指标作比较,得知优化后各性能指标有着显著的提升。完成了基于气压力伺服控制系统的控制系统模型的推导,将单通道气压力伺服系统的物理模型进行线性化近似,得到其线性化后的传递函数模型。分析了传递函数的开环伯德图和闭环伯德图,得知系统稳定,并分析了阶跃函数的时域响应。然后在控制系统模型中加PID控制器,通过调节PID参数得到优秀的时域响应曲线。最后将五通道气压力伺服系统进行联合仿真,得到了未加入PID控制器和加入PID控制器的仿真曲线以及误差曲线,结果表明加入PID控制器后,系统响应速度明显提升,且误差明显减小。完成了并联机构力加载平台软硬件系统设计。选用气压力伺服系统控制方式,搭建了并联机构力加载平台的硬件系统,并画出电气图。通过设计控制软件主界面、运动学和动力学逆解程序、C#到TwinCAT的ADS连接程序以及机床通信连接程序这四个模块,完整地开发了并联机构力加载平台的控制软件。