球头立铣刀是一种高效的曲面加工刀具，广泛应用于航空、汽车和模具等各个领域。在球头立铣刀的结构设计与优化研究方面，国内外学者进行了深入的研究与探索。总的来讲，关于球体立铣刀的研究中，对切削用量的优化选择进行的研究较多，如进给速度和进给量等的选择，而单纯的几何角度优化方面的研究则相对较少。实际上，刀具几何参数对球头立铣刀的切削力及寿命有着重要的影响。因此本文在以往研究成果基础上，对球头立铣刀的参数化实体建模与几何参数优化进行研究。本文首先介绍了球头立铣刀的结构与特点，阐述了球头立铣刀在数学建模、计算机辅助设计技术和铣削力建模等方面的研究背景与现状，总结了参数化设计与铣削力建模等方面存在的相关问题，提出了相应的解决方案，并介绍了解决方案中需要的计算机辅助设计、分析软件。其次，建立了球头立铣刀刃口曲线的数学模型、铣刀螺旋槽的数学模型、及后刀面的数学模型；在已建立数学模型基础上，给出了通过槽深和前角计算公式逆向试算，确定砂轮加工铣刀时的空间姿态的方法。然后，给出了砂轮加工球头立铣刀螺旋槽时的砂轮接触线方程建立方法；在数学模型与参数化设计技术的基础上，结合UG软件强大的特征建模功能，建立了球头立铣刀的三维参数化设计模块；并利用UG/OPEN所提供的二次开发模块，开发出适用于本模块的个性化菜单与对话框。最后，以球头立铣刀的前角、螺旋角与一次后角为试验因素设计了正交组合仿真方案，利用有限元仿真分析软件对球头立铣刀铣削不锈钢进行模拟，得到相应的铣削力仿真数据，用多元非线性回归技术对回归样本数据进行分析，建立了铣削力的非线性回归模型。利用遗传算法，以铣削力最小为目标对所建立的铣削力回归模型进行全局寻优，得到该时刻的最优几何参数值。对复杂刀具进行计算机辅助设计与有限元分析已经成为刀具设计周期中的一个重要环节，能有效的缩短刀具的设计周期，提高刀具性能。本文以球头立铣刀为例进行的相关研究方法，对其他复杂刀具的优化设计也有一定的参考作用。