球头铣刀具有高效切削、高精切削、灵活切削的特点,被广泛应用于航空航天、机械电子、汽车、模具等领域的曲面铣削加工过程。模具是制造行业不可缺少的复杂零件制造工具,许多模具具有复杂、多曲率特点的曲面型腔,传统加工工艺难以完成高精度曲面加工,曲面铣削加工技术已经成为推动模具精密发展的关键所在。模具钢以其高硬度、高强度、高稳定性、耐磨等良好的力学性能被广泛应用于模具制造行业,由于模具钢切削性能差,严重制约了模具的精密发展和模具钢材料的推广。本文针对球头铣刀铣削模具钢的加工过程,进行基础工艺研究,以工艺试验、参数优化、三维仿真为主要研究内容。在模具钢SKD61铣削研究方面,利用球头铣刀进行了曲面铣削试验,对铣削试验结果进行了处理和分析,发现单个铣削周期内双齿铣刀刃口受力具有差异。基于铣削力数据进行了极差分析及参数效应分析,效应计算分别获得了铣削力F_x、F_y、F_z在最优参数方案下的理论值。在铣削参数优化研究方面,引入了标准粒子群优化算法,基于铣削力数学模型进行了优化计算,分别获得铣削力F_x、F_y、F_z及铣削合力F_xyz的预测模型。以加工效率、加工成本及刀具使用寿命为优化目标进行铣削参数优化,优化结果分析发现以最高加工效率及最低加工成本为优化目标获得的刀具使用寿命最短,加工效率的提升、加工成本的降低均会极大地降低刀具使用寿命,多目标优化得到的参数组合比较适合于实际生产。在SKD61钢的三维仿真研究方面,利用球头铣刀进行了曲面铣削有限元仿真,对仿真结果进行了分析,发现:SKD61模具钢切屑在切削过程不连续,易断;铣削初始阶段,刃口受到轴向冲击影响,铣削力高于稳定铣削阶段;应力仿真结果分析发现不同的工艺参数对铣刀刃口应力的影响具有差异,每齿进给量的影响较为关键。本文的研究成果有利于丰富模具钢的铣削理论,可以为模具钢SKD61生产加工提供理论指导。