具有曲面结构的金属零部件被广泛用于航空航天、汽车、能源等领域之中,目前该类零部件的主要加工成型方式为五轴数控铣削加工,而平头立铣刀在曲面五轴宽行加工中应用广泛。铣削力是研究加工过程的重要物理参数,也是优化工艺参数和研究加工振动的基础。特别对于曲面五轴加工,由于零件表面形貌的限制,刀具需保证相应的悬伸量以避免干涉。这使得刀具系统相对于工件系统来说刚性较弱,在加工时容易发生颤振,从而影响加工质量与加工效率。因此研究曲面五轴加工的切削力学与动力学,对于优化加工工艺、提高加工质量和效率具有重要的理论意义。本文针对曲面五轴宽行加工,基于离散思想,分析刀工接触几何,并建立曲面加工铣削力模型。利用简单的试切实验获取加工系统的模态参数,实现了曲面五轴宽行加工铣削稳定性预测。主要研究内容如下:(1)基于微分离散的思想,沿刀具轨迹将连续的曲面五轴加工近似为一系列斜平面五轴加工。以斜平面五轴加工为研究对象,基于解析法分析加工状态下的刀具和工件的接触几何,通过刀工接触系统的特征几何曲面构建一个包含刀工接触区域的半封闭空间,将该空间限定条件作为判断刀刃微元是否参与切削的条件。依据该条件,沿刀刃曲线进行搜索判断即可实现对刀刃接触区间的直接提取。最后通过与实体建模法得到的仿真结果进行对比,验证提出的空间限定法的正确性和有效性。(2)基于微分离散思想,将斜平面加工作为曲面加工的基本单元。针对斜平面五轴加工,推导了未变形切削厚度的计算公式,结合刀刃接触区间,基于机械模型建立了铣削力预报模型。通过切削实验辨识三向切削力系数,将系数表示为与切削厚度相关的函数。通过分析离散的斜平面与曲面之间的空间坐标转换关系,依据微分离散的思想可以将斜平面五轴铣削力模型应用于曲面五轴宽行加工铣削力预报中。(3)针对弱刚性的刀具系统,通过建立动力学模型,利用单频法稳定性分析理论,结合简单的切削实验反算刀具系统的模态参数。并进一步通过实验完成对模态参数的优化选取,实现对处于工作状态下的刀具系统模态参数的识别,并与利用锤击试验获得的模态参数进行对比验证。将识别的模态参数与动力学模型结合,利用单频法计算铣削加工时的临界切深,从而实现曲面五轴加工稳定性的预测。