现代制造技术朝着智能化、高精密度的方向不断发展，使得对加工结果的仿真成为现代数控加工技术的重要功能。但由于力、热等因素以及它们的相互关系的复杂性，仿真设备的限制，使得加工过程中的物理仿真有很大的难度。而工件表面微观形貌决定了工件的表面质量，对工件的可靠性以及工作寿命有很大的影响。因而，对工件表面微观形貌进行深入的研究有非常重要的意义。本文通过跟踪国内外虚拟仿真制造前沿技术研究成果，针对球头铣削加工在充分考虑球头铣刀的加工参数的基础上，以切削刃微元为研究对象，利用空间矩阵变换，建立刃微元相对工件的刚性运动轨迹模型。在此基础上，提出一种包含工件受力、刀具受力和热、振动、磨损信息的表面形貌预测模型，利用多物理因素下切削刃微元的空间位移矢量对刚性运动轨迹模型进行修正，建立了修正的刃微元在切削加工过程中的运动轨迹模型。同时利用Matlab数学运算软件，对理论的刀具和工件空间位移规律模型进行计算，以刀刃微元的空间运动轨迹为基础，对球头铣削加工切削刃离散点运动进行仿真，并获得工件表面微观形貌仿真结果；在获得仿真结果的基础上，对加工质量进行预测，获得了工件表面粗糙度等预测结果。同时，利用Visual C++6.0作为软件开发平台，开发出了球头铣削加工工件表面形貌综合仿真系统，以此指导实际生产，保证加工质量。通过球头铣削加工实验，验证了球头铣削加工工件表面形貌仿真模型的合理性和稳定性。该方法对于提高工件加工质量和生产效率具有很好作用，具有很好的指导意义。