余摆线铣削因切削力小、表面质量和生产率高,而广泛应用于高速加工中。球头铣刀因适应性好,且姿态可灵活调整,而成为多轴加工复杂表面的常用刀具。然而,球头铣刀齿形复杂,余摆线铣削的运动轨迹方向不断变化,工件的材料去除和表面形貌的创成过程异常复杂,传统方法建模困难。提出一种球头铣刀余摆线加工表面形貌的数值仿真方法,根据齐次坐标矩阵变换原理建立刀齿的运动轨迹方程,通过改进Z-MAP算法完成了加工表面形貌的仿真。该算法通过建立刀齿微元的随动矩形包围圈和瞬时扫掠四边形,使用角度累加法快速地获取刀齿微元在单位时间步长内扫掠到的工件网格点,根据多元函数的泰勒公式,用线性插值的方法求出该网格点的高度坐标。仿真结果表明球头铣刀余摆线铣削的表面形貌整体上优于普通直线铣削。试验结果表明,在垂直和倾斜加工条件下,球头铣刀余摆线铣削获得的表面形貌与仿真结果具有较高的一致性,说明所提出的方法可以预测球头铣刀余摆线的加工表面形貌。