汽车覆盖件模具具有结构尺寸大、复杂曲面多、表面质量要求高等特点。随着硬切削技术的发展，为保证加工效率，铣削工艺被广泛应用于模具制造领域。铣削力是铣削加工中的一个极其重要的物理参数之一，铣削力不仅影响切削热，还会使刀具产生变形以及引起加工系统振动等从而影响表面加工质量。在三轴数控机床上进行自由曲面淬硬钢模具球头铣削时，铣削力及其方向多变，容易造成切削过程稳定性下降，表面质量下降，刀具易失效等问题。因此，研究自由曲面淬硬钢模具球头铣削过程的切削力、刀具变形以及表面形貌，对于促进高品质自由形面模具加工技术的发展和应用具有重要的现实意义。　　球头铣刀铣削自由曲面时，刀具倾角和工件曲率引起切削刃实际接触位置和刀工接触区不断变化，采用微元铣削力分析方法，建立球头铣刀铣削力模型。基于变进给量槽切实验，采用线性回归分析方法，拟合平均铣削力和每齿进给量的回归方程，获得切削力系数。　　针对曲面加工中加工倾角以及工件曲率引起铣削力方向和大小变化的问题，表征了自由曲面曲率特征及加工倾角，建立了考虑曲面加工前倾角、侧偏角，未变形切屑厚度的瞬时铣削力的修正模型，研究工件曲率和加工倾角对瞬时铣削力的影响规律。采用Matlab软件对自由曲面三维铣削力进行仿真，并进行实验验证，为刀具变形分析提供依据。　　采用有限元法研究由自由曲面瞬时铣削力引起的球头刀变形，分析刀具变形对刀齿实际三维摆线运动轨迹的影响规律，建立考虑刀具变形的未变形量和刀具变形初始角的未变形切削厚度模型;建立考虑刀具变形的自由曲面铣削力预测模型，并进行实验验证，为表面形貌预测提供理论依据。　　基于刀具刀齿实际三维摆线运动轨迹，建立考虑刀具变形和加工倾角的表面形貌预测模型，分析加工倾角对残余高度和表面形貌三维算数平均偏差的影响规律，并进行实验验证，为切削加工工艺提供了理论指导。