根据刀具尺寸越大，加工效率越高的特点，对大面积的复杂曲面而言，采用多刀具组合加工也是提高曲面整体加工效率的有效途径。刀具的尺寸越大，虽然它在所能加工的区域内加工效率越高，但在曲面上不满足条件的区域面积也越大，这些欠切区域需要由加工效率较低的小刀具进行加工，因此曲面的整体加工效率反而有可能降低。从理论上说，在小刀具尺寸确定后，大刀具尺寸和曲面的整体加工效率之间存在某种对应关系。如图
大刀具尺寸与加工效率的函数关系，在阶段随着大刀具尺寸的增大，曲面的整体加工效率升高，在点达到*大值；在、阶段则随着大刀具尺寸的增大，曲面的整体加工效率逐渐降低，在点达到*小值，此时所选择的大刀具尺寸在整个曲面上都不满足的条件，相当于只采用在整个曲面上都满足条件的小刀具进行曲面加工，因此曲面的整体加工效率与点相同。建立大刀具尺寸与曲面加工效率的函数关系，并选择出理想是大尺寸复杂曲面实现加工效率提升的有效途径。
大刀具尺寸与加工效率的函数关系针对大尺寸复杂曲面加工的组合刀具选择除上述方法外，理论上还存在另一种刀具选择方法：人工选择不同尺寸的刀具组合并进行刀具路径规划，进而采用仿真程序进行仿真切削，再进行加工效率的比较，*终也可得出优化的刀具组合。但由于该方法过于耗时，因此难以得到实际应用。*优小刀具选择曲面加工的*优小刀具是指能够加工整个曲面而不发生干涉的*大尺寸刀具。干涉特征点则是指*容易与刀具发生干涉的曲面点。对存在加工约束面的自由曲面，其干涉特征点非常明确，因此可根据约束面的特征直接确定干涉特征点的位置。对无加工约束面的自由曲面，曲面上*容易发生干涉的区域在具有*大主曲率的曲面点及其邻域，因此，干涉特征点的确定就依赖于曲面*大主曲率的计算。
小刀具的选择曲面经处理得到具有*大主曲率的一个或若干个曲面点，这些曲面点的局部几何性质决定了小刀具的类型及尺寸。
刀具类型选择关于刀具类型的选择，尽管球头铣刀在数控加工中的应用相当普遍，但实践证明平头立铣刀比球头铣刀有明显的优势：一是加工效率高。在相同的加工条件下，平头刀可以通过改变其刀轴的倾角来获得较大的有效切削半径，提高刀具有效切削刃与被加工曲面的接近程度，在满足相同残余高度的前提下，平头铣刀加工可以采用较大的行距，因而具有较高的加工效率。二是切削性能好。球头刀的切削刃在不同位置处的切削速度不同，而且在接近球头端点处的切削速度几乎为零；而平头刀的切削刃上不同位置处的切削速度相同，因而具有良好的切削性能。
上述表明：在自由曲面的多轴加工中，平头铣刀相对于球头刀，在曲面的加工效率及精度方面都具有明显的优势，因此在可能的情况下应优先选用平头刀。
刀具尺寸选择干涉特征点及刀具类型确定后，就可进行刀具尺寸的选择。对球头刀而言，由于切削刃在曲面的各个法截面的投影都是半径相同的圆弧，因此球头形的*优小刀具半径式可确定出球头形或平头形的*优小刀具的刀具尺寸，满足了刀具在整个曲面内进行无曲率干涉加工的要求，但刀具的刀底干涉和刀杆干涉还需进一步检测。在曲面的干涉特征点处应用干涉避免算法对所确定的刀具进行验证调整后，*终确定的刀具半径才是*终的优化小刀具尺寸。
组合刀具的选择大刀具的类型选择方法与小刀具一致，但尺寸的选择则与所能加工的区域面积密切相关：刀具的尺寸越大、在所能加工的区域内加工效率越高，然而所能进行的无干涉切削区域就越小。
