虚拟数控加工是把数控加工过程映射到虚拟环境中，对数控设备的工作过程和环境进行模拟的技术。随着对虚拟制造技术不断深入的研究，虚拟数控加工技术作为虚拟制造领域的重要研究方向之一也得到了迅速的发展。球头铣刀建模和铣削力仿真是数控铣削仿真中的关键部分，对其进行研究能为产品的加工过程提供关键性的数据，在实际加工中具有重要的指导意义。本文以数控铣削加工为研究对象，针对数控铣削加工中的球头铣刀建模和铣削力仿真进行研究。首先基于回转形铣刀的共同特点，通过刃口曲线的通用公式推导出球头铣刀的刃口曲线数学模型；针对球头铣刀的球头部分特点，建立球头铣刀头部的螺旋面数学通式，并建立能够为物理仿真提供有效几何信息的球头铣刀三维实体模型，使几何仿真和物理仿真进行有机的结合。从分析铣削力和切屑厚度、切削微元弧长的关系入手，建立考虑主轴偏心、刀具变形、振动和铣削温度等物理因素影响下的球头铣刀铣削力模型，并用主成分回归分析方法来识别铣削力系数。最后，以建立的铣削力模型为基础，利用VC++和MATLAB两种软件混合编程，使用接口技术进行连接并调用数据库，开发出虚拟数控加工铣削力仿真系统。通过铣削力实验结果与系统仿真结果进行对比分析验证所建立铣削力模型的正确性。通过铣削力测量实验，验证铣削力仿真系统的稳定性和合理性，并且铣削力仿真系统为实际生产加工提供了理论依据，达到提高加工效率和加工质量的要求，降低生产成本的目的。