En el presente estudio, se propuso un modelo de elementos finitos (FE) en 3D para el mecanizado del acero AISI-52100, con respecto a tres niveles de velocidad de corte (100 m/min, 150 m/min y 200 m/min), avance (0.08 mm/rev, 0.11 mm/rev y 0.14 mm/rev), profundidad de corte (0.20 mm, 0.30 mm y 0.40 mm) y radio de la punta de la herramienta (0.80 mm, 1.20 mm y 1.60 mm). Se realizaron nueve pruebas de simulación de acuerdo con las condiciones de corte que se utilizaron en estudios experimentales, con el fin de verificar la precisión del modelo. A continuación, se utilizó el modelo FE para llevar a cabo treinta nuevas ejecuciones de simulación, con condiciones de corte derivadas de la implementación del diseño compuesto central (CCD). Además, se estableció un modelo matemático con fines de predicción, mientras que se investigó la relación entre los parámetros de corte aplicados y su influencia en la fuerza de corte resultante con la ayuda de metodologías estadísticas como la metodología de superficie de respuesta (RSM) y el análisis de varianza (ANOVA). La comparación entre el modelo numérico y el modelo estadístico reveló un nivel de correlación aumentado, superando el 90% en muchas pruebas. Específicamente, el error relativo varió entre -7.9% y 11.3%. Por último, se realizó un proceso de optimización para encontrar las condiciones de corte óptimas para minimizar la fuerza de mecanizado resultante, de acuerdo con el valor estandarizado del radio de la punta de la herramienta.