随着航空航天用零件和汽车模具型面的复杂程度越来越高,对数控加工中的加工效率和工件表面质量的要求也越来越高,刀具的精准设计对提高加工效率、改善工件表面质量和降低加工成本有着极为重要意义。计算机技术的发展对刀具技术的发展产生了极为重要的作用,降低了刀具精准设计、刀具精准制备和复杂型面加工等问题的难度。刀具的设计、制造和应用的精准性的提高对高精度加工制造极为重要。目前对刀具的结构设计、几何设计的研究相对较少,而刀具的结构和刀具几何形状对刀具的切削性能具有至关重要的影响。为了提高加工效率、改善工件表面质量,为适用于航空航天、汽车模具制造业等领域中的小曲率敞口类曲面的加工,本文设计了椭球头铣刀、旋转抛物面型铣刀和“8”字型铣刀3种不同形状和性能的非圆球头整体铣刀,分别建立了3种新型刀具的三种切削刃曲线模型,为新型刀具的精准制造提供了理论基础。基于MATLAB开发了新型铣刀参数化设计平台,实现了新型铣刀的参数化设计和刀具可视化设计,可以为刀具的设计提供仿真验证平台。考虑到二轴联动数控磨削的经济性和便利性,建立了新型刀具的二轴联动数控磨削模型,提出了砂轮轮廓曲线模型,计算了砂轮轴向进给速度和径向进给速度。考虑到五轴联动数控磨削的应用性和精准性,建立了新型刀具的五轴联动数控磨削模型,计算了砂轮中心点位置和砂轮轴线方向,为新型刀具的精准制造提供了理论基础。针对汽车模具型面以三轴数控端铣加工为主的应用需求,建立了回转刀具的三轴数控端铣加工刀具路径生成算法,建立了回转刀具的刀位点轨迹模型。考虑到本文所设计的椭球头铣刀、旋转抛物面型铣刀和“8”字型铣刀的刀具几何模型的特殊性,分别建立了椭球头铣刀、旋转抛物面型铣刀和“8”字型铣刀的三轴数控端铣加工刀具路径生成算法。为了验证椭球头铣刀、旋转抛物面型铣刀和“8”字型铣刀的刀具性能,本文对所设计的椭球头铣刀、旋转抛物面型铣刀和“8”字型铣刀的刀具性能进行实验研究,与球头铣刀对比,进行了斜面铣削对比实验、凹凸曲面铣削对比实验和参数曲面铣削对比实验。通过对比实验,验证了本文所设计刀具的切削性能。