本文密切结合航空航天制造业中大型整体结构件的高速加工需求，以天津大学自主研发的新型三坐标并联动力头——A3头为研究对象，研究复杂切削条件下多轴切削力建模方法、弹性动力学建模与动态特性分析方法、切削动力学建模和切削稳定域预估方法，并结合以A3头为核心功能部件的五轴联动数控加工实验平台开展相关实验研究。全文主要工作如下：利用矢量链法建立了实验平台的位置逆解模型，构建了刀具末端位姿与实验平台各运动轴之间的映射关系；采用数值搜索法，揭示了实验平台的工作空间分布规律；在运动学模型的基础上，提出了实验平台专用后置处理系统开发方案，并利用高级编程语言编制了专用后置处理软件。所编软件输出的NC代码无需手工修改便可直接应用，且具备实验平台超行程预先检测功能。面向航空结构件多轴数控铣削需求，分别从刀齿瞬时切厚、五轴铣削刀齿微元切厚和刀具-工件径向接触区域三方面入手，提出了一种复杂切削条件下的多轴切削力建模方法。实测结果表明，该方法正确有效且可为后续的工艺参数优选提供理论基础。利用模态缩聚和子结构综合技术，在综合考虑铰链和支链弹性对整机动态特性贡献的基础上，通过引入变形协调条件，建立了A3头的弹性动力学模型，揭示了该类系统的固有频率、振型和末端频响函数在工作空间下的分布规律。结果显示，A3头固有频率呈三对称分布；铰链部件的振动较其它部件幅度更大，为整机薄弱环节；末端频响函数随位姿的变化产生较大差异，且随着姿态角的增大，动柔度最大幅值显著降低。经与实测结果对比表明，该方法可实现系统全域动态特性的快速预估，可为后续A3头的切削稳定性研究奠定基础。分别利用零阶频域法和修正全离散时域法研究了A3头各阶模态与切削稳定域叶瓣图之间的映射关系，揭示了A3头切削稳定域随位姿变化的分布规律；利用导纳子结构耦合法求解了包括刀具、刀柄和主轴在内的刀尖点频响函数，并预估了整个工艺系统的切削稳定域。结果显示，极限切削深度随A3头自身位姿的改变产生较大差异，且随姿态角的增大，极限切削深度呈增大趋势；A3头在低主轴转速段切削时易诱发颤振，工艺参数选取过程中应选择较高的主轴转速。最后开展了切削力系数辨识和切削力模型验证实验、A3头动态特性随机构位姿变化的分布规律实验和A3头切削稳定性验证实验。实验结果验证了所提模型的正确性，表明本文所提理论模型可为实验平台数控编程中无颤振、高效率铣削的工艺参数优选提供理论依据本研究创新之处有：（1）在数控加工仿真系统二次开发的基础上，提出了一种常用立铣刀五轴铣削力建模方法，利用该方法可快速预估复杂切削条件下任意刀位点的多轴铣削力，提高了铣削力模型的工程实用价值；（2）综合运用模态缩聚和子结构综合技术提出了一种A3头弹性动力学建模方法，可快速预估A3头在整个工作空间下的动态特性分布规律，该方法为进一步基于动态特性的结构设计和切削稳定性分析奠定理论基础；（3）结合A3头弹性动力学模型，分别利用零阶频域法和改进全离散时域法，提出了一种A3头的切削稳定域预估方法，利用该方法可在加工前预先优选工艺参数，也为A3头进一步的结构设计和改进提供了优化目标。本文研究成果对于丰富和发展并联构型装备的高速加工理论和工艺参数优选技术，并推进其工程应用具有重要的理论意义和实用价值。