球头铣刀因其适应性强的特点而广泛应用于眼镜镜片、发动机叶片和汽车车身部件等曲面零件的加工中。然而,球头铣刀的铣削力对于零件表面加工质量有重要的影响,是影响加工过程稳定性和加工效率的决定性因素。因此,对球头铣刀铣削力进行建模具有十分重要的意义。依靠现代计算机强大的计算能力,快捷地实现球头铣刀铣削力的预测,通过模型分析不同的刀具参数和工艺参数对铣削力的影响规律,以更小的铣削力冲击、更长的刀具寿命、更稳定的加工过程和更小的切削力为目标对加工参数和刀具参数进行优化,对于制造业的产业升级和优化有着重要的指导意义。本文以秦川机床厂铣削过程中球头铣刀铣削力的分析和研究为背景,围绕球头铣刀铣削力的建模与仿真展开研究,首先围绕铣削过程中的刀具参数、进给速度、刀轴偏心和刀轴倾角等因素进行分析,通过建立基准坐标系和运用齐次坐标矩阵变换原理完成了刀齿切削点的运动学建模,获得了任意时刻任意刀齿上的任意点在工件坐标系中的坐标。然后提出了基于逻辑数组的刀-工接触区域识别方法和瞬时未变形切屑厚度计算方法,并在此基础上结合微元法和Z-MAP法完成了球头铣刀铣削力建模与仿真。为了验证铣削力模型的预测能力,设计了切削试验对模型进行验证。对比仿真结果和试验结果得到如下结论:该铣削力模型能准确预测铣削力,在引入刀轴偏心之后预测精度提高,刀轴偏心导致的仿真结果的峰值偏差和试验结果的峰值偏差差距较小,说明该铣削力模型引入刀轴偏心成功。基于铣削力模型进行了刀具参数和加工参数对铣削力的影响的仿真分析,研究了刀具螺旋角、刀具半径、背吃刀量、每齿进给量和行距对铣削力的影响规律,并得到了刀具参数和加工参数的选择原则。