表面形貌特征作为表面质量的一个重要方面,对零件的使用性能有着重要的影响,同时,随着不规则曲面在工业产品中的占比越来越高,零件表面形貌形成过程的建模与仿真备受重视。在多轴数控技术和高速切削技术等的支持下,通过球头铣刀精密铣削直接达到零件的最终加工要求已经成为可能,在这种情况下进行球头铣刀铣削表面形貌的建模与仿真,对实际加工中切削参数的选择和优化等具有积极的现实意义。论文从球头铣刀铣削表面形貌形成机理出发,利用齐次坐标矩阵变换原理构建切削过程中刀齿切削点与工件相对位置关系的数学表达式,在此基础上基于Z-MAP法建立球头铣刀铣削加工表面形貌的仿真模型。该模型不仅能实现平面类零件表面形貌的仿真,还可以利用NURBS曲面插值的方法,结合CAM刀具路径规划和刀位点检索算法,实现切削时间与刀位点位置的匹配,解决复杂曲面难以对刀具运动轨迹进行时域描述的问题,进而实现自由曲面类零件表面形貌的仿真。模型中不但能够综合考虑主轴转速、进给速度、刀具参数、刀轴倾角及刀具偏心的影响,还能反映曲面的形状特征及曲率变化对表面质量的影响,可以更好地完成球头铣刀加工表面形貌的准确预测。在此基础上,基于所开发的仿真系统进行单因素和多因素仿真分析,找出了行距、每齿进给量、刀具半径和刀轴倾角等参数变化对球头铣刀铣削表面形貌和粗糙度的影响规律,并建立了粗糙度回归模型,为实际加工中参数的选择提供依据。最后,选用球头铣刀在航空铝合金试件上进行球面和正弦曲面的验证性铣削试验,仿真与试验结果的对比表明该仿真模型是有效的。