航空钛板凭借其优异的综合材料性能，在飞机蒙皮件的生产中应用日益广泛，但由于蒙皮件规格多、曲面复杂、生产批量小，钛板毛坯温/热(蠕变)成形时无法预制定位孔，目前，国内的航空钛板蒙皮件在机械加工过程中普遍存在装夹难、定位难、成本高的问题。近年来，随着现代制造业的发展，许多新技术涌现出来：一方面，国外已经有研究将柔性工装技术应用于飞机蒙皮的制造中，但其成本依然过高；另一方面，在一些特种制造领域，工件自定位技术也取得了一定的研究成果。在这种背景下，本文对基于自定位技术的航空钛板柔性加工设备进行了设计与研究，主要成果如下：（1）针对国内航空钛板机械加工中存在的问题，提出一种柔性自寻位加工的方法。根据不同企业的需求，提出了两套航空钛板柔性自寻位加工方案，使用柔性工装对蒙皮毛坯进行装夹，利用测量技术确定工件位姿，采用寻位系统进行自定位，实现了“柔性装夹—测量—寻位—加工—检测”的一体化。（2）针对两套柔性自寻位加工方案，采用多点定位支撑、真空吸附夹紧的方法，分别完成了低成本被动式和主动式两套柔性工装系统的结构设计，并基于CATIA开发了用于确定柔性工装支撑参数的软件辅助系统。（3）针对航空钛板机械加工中的自寻位问题，提出了一种基于ICP(最近点迭代)算法的“两级定位”策略，粗匹配时从CAD模型匹配至点云数据，精匹配时从点云数据匹配至CAD模型。提出了一种精定位采点策略，有效地解决了ICP算法的匹配集合包含问题；建立了匹配算法的优化目标函数，并应用切平面法进行求解，通过仿真模拟验证了该定位策略和迭代算法的精度和可靠性。