随着近年来我国经济的高速发展，对能源的需求量急剧增加，为了缓解能源需求日益增长所带来的矛盾，核能的开发与使用是我国目前解决能源问题的最主要的方式之一。核岛AP1000蒸发器水室封头是当今世界应用最广和制造难度最大的第三代核电核心部件。水室封头部件作为核电站核岛一回路的容器，是蒸汽发生器(SG)的关键部件，由于锻造技术手段无法实现成型锻造，只能先锻造出一个近似的长方柱体，全部由机械加工来完成，金属去除率达到70%左右，铣削加工作为水室封头加工过程中的主要加工方式，由于508III钢具有高强度、高硬度、高断面收缩率等特性，并且在超大瞬时进给量和轴向切深的共同影响下，处于极限悬伸状态下的主轴与刀具产生巨大振动，严重降低和影响生产效率与表面加工质量；铣削过程中主轴经常处于临界悬伸状态，在大轴向切深和极限瞬时切削厚度的共同影响下，铣削过程中产生严重的振动冲击与颤振，使得加工过程中刀具产生严重的破损，且严重影响了零件的加工质量与生产效率。为了提高实际加工的生产效率，同时提高零件的加工质量与刀具的使用寿命，因此有必要对水室封头铣削加工进行切削力分析及振动特性研究。首先，进行水室封头铣削机床的刀盘与主轴系统模态分析。先分析铣削加工振动产生特点，针对专用机床(TK6920型数控落地镗铣床)刀盘(Φ200R8圆弧刀片刀盘)与主轴系统进行三维建模，进行有限元模态仿真分析；进而在生产现场进行模态试验，采集和处理数据并进行试验模态分析；通过对比试验数据与仿真模态分析结果，得到刀盘与主轴系统的模态参数，进而为研究铣削过程中振动特性奠定基础。其次，进行水室封头现场铣削加工振动特性研究。先通过分析加工过程中的振动产生的原因，并且针对变悬伸量状态下的已加工表面质量进行简分析，通过测得空转、空转结合空进给以及切削时振动信号并进行分析，最终得到切削过程中的交变切削力所引起的振动为系统振动的主要成分，并对变悬伸量试验振动信号进行分析，进一步获得悬伸改变量对振动的影响，并得到水室封头加工铣削振动为一种复杂的耦合振动。再次，进行水室封头加工切削力模型研究。结合前文进行的振动特性分析，针对水室封头铣削系统进行模型研究，通过分析铣削刀具偏心的跳动模型、铣削刀具与主轴系统的轻微变形模型和进给系统的刚度模型，从而得到加工过程中的实际切削半径，进而建立以瞬时切削厚度为传递函数的切削力模型，最后通过刀具破损的铣削振动数值仿真分析，最终获得极限偏心跳动下的极限切削力与名义切削力的关系。最后，进行铣削水室封头技术工艺优化及振动预防简单分析。结合刀具的破损和磨损情况，分析出水室封头铣削加工过程中铣削系统具有一定的稳定性，综合水室封头铣削振动特性与切削力分析，提出针对铣削系统和工艺参数的优化，同时重点提出水室封头铣削加工过程新型刀具的优化与设计的思路。为水室封头铣削加工过程中的解决极限切削力和振动影响的完整解决方案提供一定的理论基础和实践基础。