产品的外形美观多样化,使得具有复杂曲面的各种产品越来越多,因此对曲面加工的要求也越来越高,这就对自由曲面加工技术提出了更高的要求。数控铣削加工参数的选择和刀具轨迹的合理规划决定着模具自由曲面加工的效率和产品表面的质量。为了有效提高模具加工的效率和质量,本文对模具自由曲面的高效高品质加工的有关理论和实际加工应用进行了研究。分析总结了现有几种曲面造型方法的优缺点,确定了以NURBS曲面描述模具自由曲面并分析了曲面固有的几何参数特性。通过Matlab构造自由曲面并计算了曲面离散型值点的曲率,根据曲面上点的性质将曲面初步划分为凸椭圆面、凹椭圆面、凸抛物面、凹抛物面以及双曲面。采用K-means聚类算法将曲面进行细分,得到几何特性相似的曲面片,并确定了曲面边界,完成了曲面的分区域规划。完成了球头铣刀铣削模具自由曲面的刀具轨迹规划。根据等残留高度法对球头铣刀轨迹规划的走刀步长、加工行距、刀触点和刀位点等进行了计算和分析。选择不同的初始轨迹得到的刀触点不同,为了提高加工效率,使所有刀具路径的平均行距最大,在采用等残留高度法进行轨迹规划时,选择了所有刀触点间歇进给方向法曲率半径均值最大的刀具路径对应的初始轨迹,并通过该初始轨迹进行轨迹规划。通过实例验证了该初始轨迹对应的刀路总长度最小,相应的走刀时间也最短。设计多因素正交试验研究了多轴球头铣削加工参数对淬硬模具钢表面完整性的影响。选择不同的加工参数如主轴转速、每齿进给量、径向切深、前倾角和侧偏角作为影响因素,以表面粗糙度Ra,表面显微硬度HV,表面残余应力作为评价指标,根据试验结果分析了各加工参数对表面完整性的影响规律,得出各参数对表面完整性影响的显著程度,为加工表面完整性预测提供了理论基础,也为实际模具切削参数合理选择提供依据。完成了对自由曲面的分区域刀具轨迹规划仿真以及汽车前地板纵梁前段凸模的UG数控加工编程仿真和试验研究,对比分析了分区域加工与单一刀路下铣削加工的效率和表面质量,研究表明在精加工阶段,分区域加工可在保证加工质量的同时明显提高模具的加工效率。