基于并联机构的并联运动机床相对于传统串联运动机床具有运动部件质量小、加工精度高、适合高速加工、制造成本低等优点。以6-3平台为对象,对并联运动机床进行运动学、结构、插补算法以及控制方面的研究,设计出一套基于四元数的数控系统软件。首先,介绍了四元数与对偶四元数理论,分析四元数在表示刚体转动时的优点;并基于对偶四元数知识,对并联运动机床坐标变换和反向运动学进行分析,发现对偶四元数表示坐标变换具有表达简洁,计算效率高,存储损耗小的特点。其次,用自然坐标法推导出6-3平台的新型雅克比矩阵;提出了并联机构的两个全局优化指标,结合雅克比矩阵条件数,对6-3平台的结构尺寸进行优化。然后,以空间直线和任意圆弧为研究对象,阐述了在欧拉空间与姿态空间中机床插补的传统算法,并用C++语言实现;通过分析欧拉角线形插补算法的缺点,提出了基于四元数理论的球面线性插补算法,并通过分析比较,发现四元数球面线性插补算法具有更好的连续性以及平稳性;对欧拉空间进行三次样条曲线插补研究,同时应用四元数欧拉参数对姿态空间进行插补研究,解决了角速度连续的多位姿点插补问题。接着,应用差分进化算法对6-3平台并联运动机床的冗余自由度进行轨迹规划;分析传统PID算法的优缺点,引入模糊PID控制算法对6-3平台进行控制策略研究,并在MATLAB的SIMULINK环境下进行控制系统的仿真,仿真结果显示模糊PID控制算法具有很好的控制效果。最后,分析并联运动机床数控系统软硬件结构,应用Visual C++与OpenGL技术,基于四元数理论和软件模块化构造思想,以IPC+PMAC结构的开放式数控系统为硬件平台,开发出三维即时显示的数控系统软件。