本發明提供一種基于超精密球頭銑刀加工的工件三維表面形貌建模及仿真方法,首先提取影響仿真三維表面形貌生成的刀位點,根據提取刀位點并結合刀具在加工過程中的運動學模型建立刀刃掃掠點云模型,然后設定仿真區域范圍內三維表面形貌采樣點,最終形成仿真區域內工件三維表面形貌。本發明建立了刀具參數、加工策略、加工參數與工件三維表面形貌的關系,能夠清晰地表征超精密加工條件下的三維表面形貌,進而可實現基于工件三維表面形貌的工藝參數優化。