随着航空航天、汽车与能源等领域产品结构日趋复杂,关键零部件加工精度和质量要求不断提升,工件材料加工难度日趋增大,亟需高稳定性刀具产品及工艺支持。等齿距等螺旋立铣刀在回转状态下频谱特性较差,易发生振动。刀具齿距分布和螺旋角的合理变化,可提高刀具的减振性能。然而,上述变化会导致质量偏心,在刀具回转时产生较大不平衡量,减振性能难以保证。目前,变齿距变螺旋立铣刀（以下简称“双变立铣刀”）在设计阶段缺乏刀具结构对其动平衡性能的影响研究,限制了双变立铣刀稳定性的提高及其推广应用。为此,本文在双变立铣刀结构设计理论和相关研究成果基础上,采用理论模型、数值仿真与实验研究相结合的方式,开展面向制造的动平衡式双变立铣刀参数化设计、结构优化、刀具制造以及稳定性等方面的研究。首先,开展面向制造的双变立铣刀关键结构参数化设计。通过模态、稳态有限元仿真计算,研究双变立铣刀的动态性能,分析立铣刀动平衡设计问题,揭示出质量偏心问题是制约双变立铣刀稳定性提高的核心因素。对比不同基本结构对刀具质量偏心的影响,确定容屑槽为刀具动平衡性能设计及优化的关键结构。结合刀具磨制工艺过程,建立容屑槽形磨削数学模型,确定容屑槽形状的制造可行域,提出多段圆弧相切的容屑槽形参数化设计。其次,开展双变立铣刀容屑槽结构设计的优化方法研究。建立双变立铣刀质心计算数学模型,利用粒子群优化算法,提出以最小偏心量为目标的双变立铣刀容屑槽结构优化方法。利用质心计算数学模型,验证经动平衡性能优化的双变立铣刀的质心分布情况。通过模态、稳态有限元仿真计算,验证动平衡式双变立铣刀的动态性能。结果表明:该优化方法可改善刀具沿轴向的质心分布情况,有效降低刀具的不平衡量。然后,开展双变立铣刀关键结构制备技术研究。建立双变立铣刀容屑槽结构基本参数（前角、芯径、齿间距）与砂轮位姿的数值模型,分析双变立铣刀的磨制难点,提出考虑容屑槽形曲线形状的多次走刀磨削方法。基于此方法建立双变立铣刀容屑槽径向截面曲线形状与砂轮位姿的数值模型,求解控制容屑槽形状参数（齿背曲线的曲率半径）的砂轮位姿。对所建立的模型进行有限元数值仿真计算与验证。利用所提出的制备技术,磨制了满足要求的动平衡式双变立铣刀。最后,开展动平衡式与常规双变立铣刀铣削性能的对比实验研究。基于极限参数的求解,绘制双变立铣刀稳定性叶瓣图。通过铣削实验对比分析两类刀具切削过程中,铣削力、铣削振动、零件表面粗糙度、刀具磨损等实验结果,对动平衡式双变立铣刀的铣削性能和稳定性进行验证。结果表明,较常规双变立铣刀,动平衡式双变立铣刀的铣削力降低约18%,铣削振动约减小20%,刀具减振性能更好。