球头铣刀目前广泛应用于五轴加工中心等数控机床,是汽车、航空零部件和模具制造中不可或缺的重要工具。因为它的刃形形状较复杂,球头部分切削条件复杂,刀具承受的轴向力较大,铣削力,铣削温度和铣削振动难以精确建模,因此球头立铣刀铣削过程仿真研究受到了工程界的极大关注。目前,加工过程中的刀具形变及振动分析成为了研究的重点。本文主要通过金属切削理论及传热学理论,建立数学模型以求对有限元分析提供基础。通过分别计算球头铣刀在切削过程中铣刀剪切面、刀—屑接触面和铣刀后刀面—工接触面的热流密度,为以后仿真球头铣刀的温度分布及热力耦合提供理论依据。从球头铣刀的模型入手并将其简化,应用理论公式得出在球头铣刀切削过程中的刀尖偏移量和切削厚度的变化。通过有限元软件ANSYS对球头铣刀进行温度分布、受力变形及热力耦合仿真,以得出在特定参数下的球头铣刀变形图,从而为以后实际加工做出重要参考。并提供了应用有限元方法来分析刀具系统振动的方法,为以后振动分析或其他有限元奠定基础。通过仿真得出振型及固有频率,以确定切削参数是否引起刀具共振,改善系统动态性能。通过应用VMC650五轴加工中心对球头铣刀切削典型工件和复杂工件进行实时测量。测量在加工过程中的切削温度,得到完整的刀杆、工件及刀尖点温度变化趋势,从而对有限元分析提供实际依据。通过对球头铣刀的热力耦合变形及模态分析分析,得出切削参数对球头铣刀变形及工件精度的影响,从而为实际生产加工提出依据,提高加工质量及刀具使用寿命,使经济利益最大化。