Con el objetivo de reducir la rugosidad superficial (Ra) y mejorar la calidad de la superficie del acero para moldes, se llevan a cabo las optimizaciones de los parámetros del proceso para el pulido robótico, como la presión de pulido, la velocidad de avance y la velocidad de rotación de la herramienta, en esta investigación. El rango óptimo de cada parámetro se obtiene según un experimento de un solo factor, y se realizan experimentos de diseño compuesto central sobre los tres parámetros de pulido para establecer un modelo de predicción de la rugosidad superficial. Además, se lleva a cabo una prueba de significancia del modelo de predicción a través del análisis de varianza. Los parámetros óptimos de pulido se obtienen en base al análisis de la superficie de respuesta y luego se adoptan en los experimentos de pulido del acero para moldes para su validación. El resultado del experimento de verificación del modelo indica que los errores relativos de la relación Ra predicha y la relación Ra real están dentro del rango permitido (máximo es 13.47%). Esto prueba la precisión del modelo de predicción de rugosidad. Mientras tanto, los resultados experimentales del pulido multipath muestran que la rugosidad superficial disminuyó de manera efectiva después del pulido con los parámetros óptimos. El modelo de predicción de la rugosidad superficial y los parámetros óptimos de pulido son útiles para mejorar la calidad de la superficie en el pulido robótico del acero para moldes.