伴随汽车市场需求的持续攀升以及生产加工技术的飞快进步，具有复杂曲面的车身覆盖件模具的数控加工技术日益受到重视。汽车覆盖件含有曲率不规则分布的自由曲面，在提取和分析曲面特征信息时无疑增加了难度，并对数控加工轨迹规划提出了更高的要求。刀具轨迹生成是数控加工自由曲面中尤为重要的研究内容，其刀具轨迹的好坏直接影响其加工精度和加工效率。鉴于上述问题，本文在模具曲面分区域规划、刀具轨迹几何理论分析及刀具轨迹生成方法等方面进行了深入研究。首先，对汽车覆盖件模具进行曲面特征研究，结合复杂自由曲面几何性质以及加工特性，对曲面进行初步划分；采用K-means模糊聚类算法和中值均分法进行精确分区域；通过边界区域数据参数化方法对各子曲面边界进行提取。其次，进行大尺寸型面模具铣削刀具的选择，分析刀具与曲面在切削时接触处的空间几何关系，建立刀具运动包络模型；通过该模型计算刀具有效切削半径，进一步确定走刀步长以及计算加工行距。再次，采用刀具轨迹微分几何理论，分析各因素对加工行距的影响，并考虑行距的影响规律对等残留高度法提出改进方案；将曲面分区域模型与优化的等残留高度法相结合进行刀具轨迹规划。最后，对模具曲面分区域铣削和整体式铣削进行实验设计，利用Matlab和Powermill对两种情况进行仿真比较，分析加工后的实验结果。实验结果表明，在相同的精度下，本文提出的刀具轨迹规划方法比传统的等参数法在总轨迹长度上缩短了，在加工效率上提高了，从而验证本文方法的正确性和有效性。