钛合金叶轮叶片因其极差的导热性、一定的弹性与极高的加工精度要求成为航空航天工业零件中的典型难加工材料。该类零件大多具备复杂的三维型面、较弱的加工强度和高的机械加工精度要求。在对其加工时容易出现非线性的振动。因此,针对弱刚度薄壁件加工制造过程的铣削力与切削稳定性问题进行研究具有重要的科学研究意义。本文针对该情况进行了叶轮叶片加工铣削力、加工系统动力学、铣削稳定性、加工参数优化方面的进行研究:推导了球头铣刀的刃线模型、瞬时切削厚度模型;并推导了动载荷作用下的球头铣刀铣削瞬态切削厚度模型。在进行铣削力建模时,采用有限元方法对刀屑接触面积进行求解,并基于该面积采用修改的黏结滑移模型得到了球头铣刀切削过程中的应力分布,通过积分法求解得到了球头铣刀的受力情况,而后将球头铣刀各部分受力在径向、切向、轴向分解相加,即得到了最终的铣削力。最后,所提出的铣削力预测模型通过铣削实验来进行验证。本文介绍了推导了单自由度系统的加工系统频响函数,并以此为基础推导了整个加工系统的频响函数,得到了系统的加工频响函数为各个子系统在对应方向线性叠加的结论。此外,针对球头铣刀断续铣削的特点在考虑冲击力的情况下建立了刀具子系统的动力学模型;在考虑薄壁件材料去除效应的情况下建立了工件子系统的动力学模型且得到了系统响应。最后,基于实际情况建立了考虑铣削力与加工误差耦合关系的误差迭代求解模型。基于考虑系统动态特性求解得到的未变形切屑厚度提出了动静态法用以对加工稳定性进行预测。并使用该方法与全离散法对刀倾角与工件型面曲率对加工稳定性的影响进行了研究。结果表明工件型面曲率的增加与刀倾角的增加都会使得加工稳定性下降。最后,通过叶轮叶片铣削实验对稳定性预测进行了验证。针对目前大多数研究工作未能建立面向具体加工需求的数字孪生模型和与之相匹配的数字孪生知识库的情况,本章面向具体加工过程与工序,提出了一种可进化的数字孪生迭代模型。然后,对叶轮叶片加工过程建立了数字孪生模型并实现了3条主要的数据流通工作,并使用所建立的数字孪生模型对叶轮叶片加工参数进行了优化,最后通过实验进行了验证。