一种三自由度球齿轮的电火花加工装置和加工方法，属于机械加工技术领域。其中，一种三自由度球齿轮的电火花加工装置，包括多个仿形电极杆一、多个仿形电极杆二、多个仿形电极工具头一、多个仿形电极工具头二、多个导向槽一、多个导向槽二、转轴和进给盘。本发明公开的加工方法及装置使用的仿形电极工具头各侧曲面为待加工件共轭曲面，适用于所有齿形齿轮。该加工方法为电火花加工，通过控制仿形电极工具头进给量实现一次性完成待加工件的精加工，为一次性加工，有利于提高脉冲利用率，高效加工。该加工方法及装置利用电热熔结原理快速生产，仿形电极工具头加工路径简单，效率高，可用于批量加工。