本文密切结合先进制造技术发展的需要，以虚拟制造中的球头铣削为研究对象，运用微分几何理论、金属切削理论和机床实验技术、计算机图形学以及计算机仿真技术等，对球头铣刀铣削力建模仿真、加工表面创成机理和三维表面形貌仿真方法进行了系统深入的研究，并取得如下成果： 1．在球头刀的几何特征描述方面，导出了常螺旋导程球头铣刀切削刃的参数方程以及切削刃的局部坐标系及相关向量表达式。 2．在铣削力建模、仿真研究方面，在给出球头铣刀几何特征描述方法的基础上，提出一种球头刀的三维铣削力仿真模型及与之相应的铣削力系数识别算法。 3．在球头铣削加工表面创成理论研究和加工表面形貌仿真方面，提出一种球头铣刀的铣削加工表面创成模型，并对加工表面形貌进行了仿真研究。导出了刀具切削刃上任意切削点相对于工件实际运动的轨迹方程，并提出了一种基于工件网格划分的三维表面形貌仿真算法，给出了相应的三维表面形貌仿真图形，并用量化指标RMS对被加工表面进行了评价。 4．在实验研究方面，通过切削试验实测铣削力，并与仿真结果对比，仿真与实测结果之间的相对误差较小，证明了模型的正确性。 论文工作为丰富虚拟制造中加工过程的建模理论体系、提高铣削过程稳定性、可靠性和加工质量，开发实用的铣削加工过程物理仿真系统奠定了坚实的基础。