随着现代加工技术的快速发展及高速数控加工中心的广泛应用，典型型腔的多工序加工刀具组合的合理选择将在一定程度上影响加工效率和成本。但是，无论是国内还是国外的CAD/CAM软件仍然需要由操作者进行刀具的设置、加工方式的选择以及加工参数的设置，这将对操作者的经验提出更高的要求。因此，在产品生产前就对工艺进行优化或优选，可以有效地提高数控加工的生产效率。数控加工工艺优化包括切削参数的优化、刀具组合优化、生成刀轨路径的优化等方面。切削参数的优化和生成刀轨路径的优化方面已有大量的研究，且现在的CAM软件中已有丰富的走刀方式可供选择。在此基础上，本文重点研究了2D型腔和3D型腔在走刀方式和刀具组合方面的优选及优化问题，并通过实例进行说明和验证。本文在MasterCAM软件的2D加工方式——挖槽加工的8种走刀方式的比较研究基础上，总结出简单2D型腔走刀方式的选择原则。对于不同的2D型腔的加工，应该选择不同的加工方式，以提高加工效率。针对不同的型腔和所使用的刀具特点，选择合适的下刀方式，以提高刀具的使用寿命和保证工件的加工精度。在前人关于刀具序列优化方法研究的基础上，通过对加工区域描述，确定可行刀具集以及刀具筛选计算方法，缩小了刀具组合优选的范围。利用CAM软件进行刀具组合加工时间的仿真比较，最后得到优化的刀具组合。在设定加工余量相同的前提下，提出采用分区域加工的方式进行刀具组合优化方法，有效减少可行刀具的数量，提高了优化速度。通过曲面挖槽粗加工、插铣法的特点比较，分析了3D型腔的粗加工方法的优选原则，以及精加工的优选方法。通过层切法提取加工层的几何约束，利用搜索层的合并计算、刀具结构和工艺约束等条件，确定3D型腔的粗加工可行刀具集。提出一种刀具组合的优选方法，并利用CAM软件进行仿真计算，对各组刀具组合的加工总时间进行比较，得到优化的刀具组合。实例研究证明，利用刀具组合有效性模型能剔除一些冗余刀具，缩小了优选刀具的范围，具有一定的积极意义。