工具和模具中常见三维自由曲面通常五轴联运加工中心上进行切削。工件材料大多为合金钢或工具钢，机床结构和数控系统必须考虑加工过程中生产率和工件精度要求，并以此为依据进行适当布局和优化。保证机床切削各种模具材料时不发生太大变形，确定机床布局时，机床刚度应放首位。较大五轴加工中心，多半采用龙门式结构，一些中小尺寸五轴加工中心也采用立柱式结构。

　　进入90年代以来，复杂型面生产中几乎全部以高速切削方式进行加工。目是提高生产效率，降低产品成本，同时提高工件形状精度和降低表面粗糙度。满足高速切削需要，机床主轴几乎无一例外采用电主轴。主轴转速所用刀具直径不同进行无级变速，转速范围从每分钟几千转至几万转。滑台驱动系统高速切削时同于常规加工中心，常用系统有高速丝杠螺母副驱动和直线电机驱动，最大进给速度可以达到100m/min以上。

　　加工复杂型面时，机床数控系统也必须满足一些特殊要求。比如，复杂型面数控加工程序一般CAD/CAM软件上生成，一个型面程序往往需数兆字节(Byte)储存空间，用软盘传递数控程序已经没有可能。数控系统必须有他计算机系统联网功能，直接从CAD/CAM上接收数控程序。

　　此外，数控系统还必须采用先进控制技术，首先要求有前瞻(Look Ahead)功能。也就是说，机床加工某一轨迹前，数据系统对要加工曲面进行预先分析，曲面各点曲率以及各相邻点衔接关系，适当调整机床进给速度，保证工件精度前提下达到最高生产率。减少加工过程中动态误差，新型数据系统伺服误差校正不再采用串联式比例微分积分(PID)调节器，采用按位置和速度等状态参数进行补偿状态调节器，采用这种调节器可以彻底消除驱动滞后误差，补偿间隙或摩擦引起非线性误差，可以抵消机床某些振动，达到提高工件形状精度和降低表面粗糙度要求。

　　2. 刀具系统

　　刀具系统加工复杂型面时对生产效率和加工质量起决定性作用。选用刀具系统时，必须首先从被加工年零件几何形状出发，合理采用刀具种类。如图1所示工件，各个部位几何形状差异很大。只采用球头铣刀进行加工，则必须选用直径很小球头铣刀，这样就很难提高加工效率。另外，某些部位圆弧半径很小，用很小球头铣刀也无法加工。，考虑到生产效率和工件形状两方面要求，加工复杂型面五轴联动加工中心上必须配备其他类型铣刀，如端铣刀和三面刃铣刀等。

　　图2是一些选用铣刀类型。尺寸允许，是哪种形状刀具，切削刃宜采用机夹可转位铣刀片。这样刀具刀片和刀体可以进行多种组合，且刀片和刀体可以不同公司进行生产，可形成大规模专业化生产，既有利于提高刀具质量，又有利于降低刀具生产成本。

　　目前市场上可转位刀片，大多采用CVD镀膜硬质合金刀片。达到更高伪抗磨损性，可转位刀片均采用多层镀膜。比知用Al2O3可以提高刀片化学稳定性。用TiN和TiCN则可增强刀片耐磨性。增强刀片锋利程度，镀膜可用低温CVD方法生成外，还可以用PVD方法产生。有些加工对刀片要求十分严格，刀片既要有锋利切削刃，以降低精加工表面粗糙度，又要有极高耐磨性，以保证工件形状精度。这种性情况下，必须采用多种镀膜组合。有刀片确保使用过程上万无一失，镀膜层数可多达100层。

　　3. 工艺过程优化

　　刀具寿命与进给量、切削速度和切削深度密切相关。最佳切削用量常常是一个很小范围，要具体刀具与工件材料情况进行确定。

　　此外，切削策略如：走刀路径规划，刀具轴线曲面法矢(曲面该点法向方向)或沿曲面切矢(曲面该点切线方向)不同方式等，也是加工复杂型面一个关键性因素。它影响被加工工件表面粗糙度，也影响到工件形状和尺寸精度。图3是加工一个柱形曲面时采用不同切削策略。圆周方向进行切削，刀具轨迹要进行两轴联动插补。用沿母线方向进行切削时，刀具只需作单轴插补。另外，不同切削方法，刀具磨损差别很大，顺铣时刀具磨损明显低于逆铣，往复铣削时磨损远远大于单向铣削。

　　提高加工过程稳定性，优化切削策略时，必须保证切削连续性，同时尽可能减少走刀运动和空行程，缩短切削时间。粗铣钢件时，必须保证连续顺铣，尽量降低刀刃切削过程中切削量波动峰值。

　　加工图4所示工件时，采用图5a所示行切轨迹分区加工;刀具运动很不合理，切削条件很不理想，加工时间需要33min，工件表面粗糙度为6～9μm