Con el desarrollo de la Industria 4.0, materiales de corte duro como las aleaciones de titanio han sido ampliamente utilizados en la industria aeroespacial. Sin embargo, debido a la baja rigidez de las piezas de aleación de titanio, durante el proceso de corte se producen fácilmente deformaciones y vibraciones, lo que afecta la precisión, calidad superficial y eficiencia del mecanizado de las piezas. Por lo tanto, en este documento se introducen la desviación de la herramienta y la deformación de la pieza en el proceso de fresado de fresas de extremo plano. Basado en el movimiento hipocicloidal de la herramienta, se establece un modelo de parámetros geométricos del proceso de fresado, y se obtiene el modelo de espesor de corte no deformado considerando la desviación de la herramienta y la deformación de la pieza. Finalmente, se establece el modelo de fuerza de fresado para piezas delgadas de aleación de titanio con fresado lateral. La precisión del modelo de fuerza se verifica a través de experimentos. El error del modelo propuesto es mucho menor que el del método básico tradicional. El error máximo del método básico tradicional es del 87.09%. Sin embargo, el error máximo del modelo propuesto es solo del 66.54%. Los resultados muestran que el modelo de fuerza propuesto considerando la desviación de la herramienta y la deformación de la pieza puede proporcionar una predicción de fuerza de fresado más precisa.