高速铣削加工被广泛应用于航空、航天、船舶、模具及汽车等领域的复杂零件制造中,是获取高精度复杂曲面的重要基础技术之一。高速铣削加工具有如下优势:在加工过程中保持相对低的切削力、保证高加工精度的同时又能获得高材料去除率。受该技术优势的驱动,高端数控机床以及刀具不断被开发出来。然而,高性能的装备和刀具并不等同于高性能加工。从加工动力学的角度来看,由于工艺参数选取不合理而导致的加工过程的颤振(自激振动)现象是降低产品表面质量及限制生产率的主要原因之一,因此,动态铣削过程的稳定性分析是实现无颤振铣削的重要前提。但是,由于存在强迫振动,铣削过程的无颤振工艺参数仍然不足以保证达到所期望的加工精度。为了实现高性能铣削,在稳定性分析的基础上,还须进一步分析动态加工误差。同时考虑无颤振约束和动态加工误差小于期望值的约束是最优选取工艺参数以实现高性能铣削的关键。铣削过程动态切厚的再生效应是诱发颤振的主因。目前国内外学者对铣削过程稳定性分析的工作主要集中于此主题,即从考虑再生效应的铣削动力学模型出发寻找由工艺参数构成的加工过程稳定边界。本文就铣削动力学领域中这一主题发展时域半解析方法以预报铣削过程稳定性和加工误差,主要研究内容如下:提出了基于铣削过程动态响应的直接积分格式、运用于铣削过程稳定性分析且适用于大/小径向切深、大/小轴向切深等多种工况半解析判稳的全离散法;由于该方法在计算过程所涉及的矩阵指数函数只依赖于转速而与轴向切深无关,故较之目前国际通用的半离散法具有更高的计算效率;同时将该方法推广应用于同步预报加工误差(SLE);在全离散法的基础上又提出了具有高阶收敛率的二阶全离散法;提出了基于积分方程数值解法的用于铣削稳定性预报的数值积分法;并以此为基础分析了铣削系统动态响应相对于加工参数的灵敏度,由于计算过程中无需任何差分运算,故该方法可以同时实现稳定边界灵敏度的高精度与高效率计算;进一步推广该方法得到具有更高收敛阶的谱方法;建立了以试验模态法为基础的综合考虑铣刀的结构模态耦合效应和铣削过程动态切厚再生效应的铣削动力学模型,随后基于全离散法讨论其综合效应对铣削稳定边界的影响并实验验证了理论预报的结果,然后基于全离散法分析并实验证实了该综合效应对加工误差的影响;理论计算及实验结果均说明结构模态耦合效应对于精确预报铣削稳定边界和加工误差不可忽略。本文在铣削动力学领域关于稳定性预报与加工误差预报方面的工作,将对开发新一代具有自主知识产权的高端数控机床、研究加工过程动力学及优化工艺参数具有重要的理论与应用价值。