在五轴球头铣削加工中,几何误差补偿经常用于提高机床加工精度,然而在几何误差补偿过程中,刀具姿态角的异常突变会造成不可预料的表面缺陷。本文在对五轴球头铣削表面纹理仿真与实验、表面形貌评定与预测以及几何误差补偿等方面进行国内外现状分析的基础上展开刀具姿态角改变作用下的表面形貌评定工作。首先,本文建立五轴铣削加工中球头铣刀的运动学轨迹方程,对工件进行表面仿真建模并获取相应表面形貌,在已有评定表面形貌质量指标的基础上对工件表面微元和整体形貌进行分析。在微元水平上,提出最大微元体积、最大微元面积等表面纹理质量评定指标对表面纹理微元进行描述;在工件整体水平上使用整体轮廓曲线以及体积矩阵描述工件不同位置表面轮廓变化情况,同时使用欧氏距离描述不同条件下轮廓曲线相似度。其次,建立不同刀具姿态角组合下平面工件的仿真模型,并进行表面形貌提取。依次使用表面形貌质量指标、表面纹理质量指标以及表面纹理走势对工件表面进行描述和简单划分,再使用聚类算法获取限制表面纹理下的刀具姿态角范围。在仿真的基础上,选取不同分类中其他刀具姿态角组合以及刀具类型进行实验,对仿真模型以及刀具姿态角范围划分进行验证,并认为该刀具姿态角范围划分仅适用于球头铣削加工,不适用于其他刀具。然后,选取半球面多个位置和表面整体进行表面形貌仿真,针对不同位置表面形貌依次提取表面形貌质量以及纹理质量指标,对刀具姿态角进行简单分类后使用聚类算法对不同位置的表面形貌进行范围划分,确定工件不同位置划分结果完全一致。在此基础上,对工件整体进行仿真以及聚类分析,结果与单个位置的划分结果也完全一致,证明在加工球面时,可以使用工件一部分的表面纹理仿真结果代表工件整体结果。最后使用欧氏距离描述不同仿真条件工件进给方向轮廓曲线的相似度。最后,研究不同分类的刀具姿态角组合下,主轴转速、每齿进给量、切削深度以及切削行距对表面形貌质量、表面纹理质量的影响。结果表明,改变刀具姿态角时,不同参数对表面形貌质量和纹理质量指标的影响规律不发生变化,每齿进给量和切削行距对最大微元体积和最大轮廓高度值有较大影响,而其他参数对表面纹理影响不大。因此在几何误差补偿和实际加工中,除了需要考虑刀具姿态角以外还可以考虑每齿进给量和切削行距对工件表面形貌的影响。