曲面加工过程中,刀具姿态和进给方向通常都随着加工进行而不断变化,这导致刀具与工件的瞬时接触状态也处于不断变化之中。因此,准确获取曲面加工过程中的铣削接触区域,并基于此计算切削刃瞬时啮合区间是建立铣削力模型的关键。对球头铣刀曲面加工而言,进行铣削力建模研究需要解决刀具与工件的瞬时接触状态获取和铣削力模型构建两大问题,主要工作内容可以总结为以下三点:(1)综合考虑曲面加工过程中刀具姿态和进给方向的变化情况,定义了用于定量描述刀具与工件相对位姿关系,以及铣削接触状态的瞬时加工坐标系和瞬时刀具坐标系。分析球头铣刀曲面加工中铣削接触区域的形成原理,将区域边界划分为三条空间曲线并通过解析和数值的方式进行快速求解。(2)考虑曲面加工中刀具轴矢方向的任意变化,分析各相互独立的瞬时刀具坐标系之间的差异。各刀位点处的刀具旋转参考系随着刀具进给而有所变化,将其量化为角度并补偿。并在静态球头铣刀端齿切削刃模型的基础上,定义了刀具旋转增量角将静态模型转化为动态模型,求解切削刃的瞬时空间位姿,完成了轴矢方向任意变化的曲面加工过程中刀具旋转状态的数学描述。最后通过投影降维的方式求解切削刃瞬时啮合区间,简化求解过程。(3)基于经典斜角微元切削理论建立了球头铣刀铣削力模型,同时考虑了铣削过程中的剪切效应和耕犁效应,并改进了未变形切屑厚度的计算方式,使之适用于刀具轴矢方向和进给方向任意变化的曲面加工。最后通过铣削试验完成了铣削力模型的有效性验证。