近些年来,随着我国工业的快速发展,以汽车、航天航空、机器人等行业为代表的复杂曲面零部件对于表面质量和加工工艺的要求越来越高,它们无一例外采用数控铣削加工完成。为了获得理想的表面质量,达到产品要求的表面粗糙度要求并提高工厂的加工生产效率,必须选择采用合理的切削加工参数。因此,在实际生产之前对加工后的工件表面进行形貌仿真和粗糙度预测便是一种行之有效的手段。为了达到上述目的,本文在大量相关文献的基础之上利用Matlab编程首先建立了一套完整的表面形貌仿真与粗糙度预测模型。该模型首次从球头铣削刃的数学方程出发,利用坐标系矩阵变换的手段,准确的描述了整个刀具切削运动的实际过程,最终建立了工件坐标系下刀具扫掠面的数学模型。随后,本文基于Z-map的思想提出了一种改进的表面形貌仿真算法,该算法利用VC++实现,可以避免求解繁琐的非线性方程组,提高了仿真效率和运算精度,并以此为基础进一步计算出了加工后工件表面的粗糙度。在这个仿真模型中,切削进给率、行距、刀轴倾斜角度、刀具跳动等各种加工参数被全面考虑在内。为了验证该仿真预测模型的正确性,本文对加工后工件的表面形貌及粗糙度值做了详细的加工实验验证,实验结果表明该模型是非常准确的。为了使本论文的研究工作得到实际的应用价值,本文还基于iSIGHT搭建了一个仿真试验设计平台,通过该平台利用析因设计的试验方法全面了探究了切削进给率、行距、刀轴倾角、刀具径向跳动各切削参数对表面粗糙度的影响,运用统计学中方差分析的手段详细分析了零件表面形貌和粗糙度的主要因素的主效应和交互作用,充分解释了表面形貌的产生过程和形成机理,并按照各参数对表面质量的影响规律给出了实际工业生产中加工参数的一般选取原则,对工业生产中加工参数的选取具有重要的参考价值。