钛合金由于其自身良好的性能特点而被广泛的应用于军用飞机机身、航空发动机、液压系统的关键结构零部件上，并且这些关键零部件大都包含较复杂的曲面。然而钛合金由于其导热系数小、弹性模量低和高温化学活性高等特点，在切削加工时，存在刀具磨损严重，加工效率较低等难题。球头铣刀作为典型的高性能自由曲面加工刀具，理解其加工钛合金的刀具磨损机理就显得至关重要。本论文依托于国家自然科学基金（项目编号：51375126）“刀具介观几何特征抗磨损机理及其对钛合金高速铣削表面完整性影响规律研究”，以钛合金为切削对象，对比分析了球头铣刀切削斜面及空间凹凸曲面时，切削力及刀具磨损的演变情况等问题，并最终建立了球头铣刀的刀具磨损预测模型。首先，定义了球头铣刀铣削加工过程中的刀具姿态及与工件间的加工倾角，建立了球头铣刀铣削斜面和空间凹凸曲面的几何模型，获得了球头铣刀的最大有效切削半径，并对切削层参数进行了建模，为切削实验中工件规格和尺寸大小提供了理论依据。建立了球头铣刀铣削斜面及凹凸曲面的切削力实验平台，探讨了切削用量、曲面曲率及刀具磨损对切削力的影响。其次，通过有限元仿真软件Deform-3D建立了球头铣刀铣削斜面三维数值模拟仿真模型，实现了切削力、切削温度和刀具磨损的动态仿真，并且对比分析了不同切削参数及切削方式对切削力和刀具磨损的影响。通过刀具磨损的动态仿真，分析了刀具磨损的初始位置及变化扩散规律，并最终与实验进行了对比。最后，建立了球头铣刀铣削斜面及凹凸曲面磨损实验平台，分析了球头铣刀在铣削过程中的刀具表面形貌及失效演变过程，对比了不同切削参数及曲面曲率变化对刀具磨损的影响规律。此外，分析了在定倾角及变倾角的两种切削条件下对刀具磨损的影响，并基于正交实验及最小二乘法原理建立了球头铣刀刀具磨损预测模型。