Los componentes delgados de aleación de titanio se utilizan extensamente en la ingeniería aeroespacial, sin embargo, su estabilidad de fresado sigue siendo un desafío persistente debido a las anomalías en la superficie inducidas por vibraciones. Este estudio desarrolla un modelo dinámico avanzado para el fresado de cara de estructuras delgadas de aleación de titanio, integrando sistemáticamente la dinámica de corte axial con mecanismos de vibración regenerativa y fenómenos de amortiguamiento no lineales. El marco propuesto tiene en cuenta de manera crucial las interacciones entre la herramienta y la pieza de trabajo que varían en el tiempo y las características de amortiguamiento, lo que permite una caracterización precisa de las transiciones de estabilidad bajo condiciones de inmersión axial que varían dinámicamente. Se implementa una nueva extensión del método de semi-discretización para resolver soluciones de estabilidad multiparamétricas, estableciendo un paradigma computacional para generar diagramas de lóbulos de estabilidad tridimensionales (3D SLDs) que evalúan simultáneamente la velocidad del husillo, la posición de corte y la profundidad axial de un corte. La validación experimental integral a través de pruebas de vibración en el dominio del tiempo demuestra una notable consistencia entre las predicciones teóricas y los umbrales empíricos de vibración. Los resultados revelan que el amortiguamiento del proceso suprime significativamente la vibración a bajas velocidades del husillo, mientras que los efectos regenerativos dominan la inestabilidad a velocidades más altas. Este trabajo proporciona un marco sistemático para optimizar los parámetros de mecanizado en la fabricación de componentes delgados, ofreciendo una mayor precisión en la predicción de la estabilidad en comparación con los métodos tradicionales de SLD bidimensionales. La metodología propuesta cierra la brecha entre la dinámica teórica y las aplicaciones industriales, facilitando el mecanizado de alta precisión y eficiencia de aleaciones de titanio.