在我国航空航天、运载、国防等重大工程领域中,出现了一批必须满足其高性能要求的大型不规则薄壁零件,如火箭发动机喷管、火箭推进剂共底构件、火箭燃料贮箱壁板等。这类零部件具有几何尺寸大、形状复杂、结构刚度低、材料难加工等制造特点,易在半精加工阶段产生较大的结构变形。若仅按照原始设计尺寸或模型进行常规数控加工,无法加工出满足几何精度和性能要求的零件。本文以我国大型／重载液体火箭发动机的研制为工程背景,依托国家自然科学基金重点基金(No.50835001)、装备预研基金重点基金(No.9140x×××××××××x0902)和航天科技集团委托项目,针对大型不规则薄壁零件加工精度难以保证的问题,开展高效、精密数字化加工方法与关键技术的研究。针对大型不规则薄壁零件尺寸误差或结构变形导致实际加工曲面与设计模型不一致的加工难题,提出一种基准关联约束的精加工目标曲面生成方法。基于E.Cartan活动标架和曲面相伴理论,利用在机实测的几何参数数据,在分析被测面、基准面及加工目标曲面的空间位姿关系基础上,研究精加工目标曲面建模技术及曲面生成算法,再设计出精加工目标曲面。为提高大型复杂几何廓形的测量速度与精度,提出一种基于截面线法的点激光快速、精密扫描测量方法。研究复杂曲面几何信息提取技术、激光三角法曲面测量误差预测技术。针对等步长测量方案易丢失关键几何信息的问题,研究基于曲面局部曲率特征的测量控制步长优化控制技术,进而实现测点在被测曲面上的自适应分布。对于模型已知曲面,利用设计模型规划出传感器的采样控制点；对于模型未知曲面,在已测坐标的基础上利用混合预估法和二次形函数优化计算进给步长和测量行距。根据激光传感器位移测量误差与曲面几何特征的强关联性,量化分析了入射角度对测量精度的影响规律。针对不锈钢材料加工效率低、易切削振动等问题,研究其铣削过程的动力学建模与稳定性性预测。建立考虑刀具偏心的三维稳态切削力力学模型和“主轴-刀具-零件”自由度加工动力学模型；基于材料本构关系和斜切机理,构建一种面向参数化铣刀的通用三维稳态切削力预报模型；利用高次谐波影响的多频法对盘铣刀铣槽加工进行切削稳定性预测,并根据稳定性叶瓣图优化切削参数。针对液体火箭发动机喷管直槽冷却通道原有的卧式仿形加工方式存在的零件胀形大、自动化程度差、产品合格率低等问题,发明了喷管直槽冷却通道的立式对称加工方法。设计了喷管直槽冷却通道数字化铣槽加工方案,研制出喷管立式装夹高刚度工装卡具,开发出在零件一次装夹下实现其几何参数在机测量、铣槽加工等多工位自动化操作的加工控制系统,研制出双主轴、双立柱结构的铣槽加工专用装备。所研究的测量-加工一体化制造方法和高效率、高可靠性的专用加工装备成功应用于新一代液体火箭发动机喷管铣槽加工,为我国航天事业的发展做出了积极贡献。