本发明公开了一种车削加工工件表面三维形貌预测方法，包括如下步骤：步骤一：构建目标曲面的Marching Cubes等值面：根据目标曲面的范围，构建一个立方体网格；在立方体网格中的每个格点上运算隐函数的值；根据隐函数值的符号，基于Marching Cubes算法，生成三角形面片及三角形相应的各顶点值；步骤二：对目标曲面进行均匀随机采样：根据已建立的三角形等值面网格，均匀随机的在每个三角形网格内部取得采样点，以实现对目标曲面的均匀随机采样；步骤三：对目标曲面进行三维形貌预测：基于复杂自由曲面路径规划的刀位点数据，对车刀走刀轨迹进行建模，并计算每个随机采样点上的残余高度，实现对目标曲面的三维形貌预测。