数控加工是现代工业中的标志性加工技术,在航空航天、运载工具、能源动力等领域的复杂曲面类零件加工中占据着主导地位。目前,传统的数控加工方法大都将复杂零件的数控加工简化为铣刀的柱面或球面铣削,忽略铣刀实际物理刃形、主轴旋转、刀具摆动等因素对零件表面成形精度的影响,导致很难根据传统的简化残差计算模型实现对加工表面精度的精确控制。本文主要围绕这一问题展开研究,以期通过对复杂曲面加工过程的真实模拟,实现对加工表面形貌的准确预测,为加工参数的合理选择提供依据。首先,建立球头铣刀刀具坐标系,根据铣刀定螺旋角与刀刃刃口经线之间的关系,建立刀具刃线的数学表达式。分析切削加工过程中刀具轴回转偏心误差产生的原因,在此基础之上,建立相应的回转偏心误差模型。考虑加工过程中刀具轴倾斜加工、刀具切削进给方式等工艺对工件表面形貌的影响。最后,建立球头铣刀刃线上任意点相对工件运动的轨迹方程。其次,在分析刀具刃线上任意点的运动规律以及刀具切削工件的过程之后,针对过往的研究在判断刀具切削刃与工件表面切削关系过程中需要使用数值逼近的传统方法,提出首先利用Biharmonic样条曲面插值技术获取刀具切削刃加工过程中形成的空间扫掠包络面,然后使用布尔运算判断该扫掠面与工件表面法矢的切削关系,通过更新表征工件表面的数组,获得工件加工完成之后的表面形貌。文中为了验证本文提出的球头铣刀加工工件表面形貌预测模型的正确性,设计几组加工实验,通过比较实际加工实验结果与计算机仿真预测结果,完成表面形貌预测模型的验证。最后,利用本文提出的表面形貌预测模型,针对球头铣刀切削过程中常用的加工参数进行仿真模拟分析。根据仿真结果,绘制出在该参数变化情况下,工件表面粗糙度参数变化规律曲线,并对仿真参数规律变化曲线,做出原因分析。