石材制品需求量日益增多,并呈现多品种小批量的发展趋势。由于缺乏相关复合加工技术支撑,在单块加工的生产模式下,传统的工艺方案和设备功能都没有实现对石材资源的最大化利用,反而限制了效率的提高,增加了成本。虽然国内外已有多家企业能够生产多功能复合加工中心,但对复合加工理论及其相关技术的研究和推广仍显不足。本文从理论体系构建、工艺特征建模、工艺方案优化、模块化产品族设计以及关键零部件匹配性设计等几方面对石材制品的复合加工理论进行了系统的研究。通过分析传统石材加工理论与技术的不足,确定面向石材制品的复合加工理论体系的研究目标、研究内容和关键技术。从结构、功能和实现过程三个层面对其进行定义,并从工艺和设备上总结该理论体系的特征,构建包括支撑理论和主体理论在内的理论体系框架。建立基于制品特征加工的数学模型,分析工艺方案的众多影响因素,确定最高效率、最低成本和最高质量为制品加工方案优化原则,构造由加工质量、加工种类和加工链长度组成的目标函数并提出约束条件,赋予两者明确的物理意义。采用多目标遗传算法来直接寻找工艺方案的最优解集,通过并行处理多个目标的方法优化工艺方案,建立适合石材行业生产特点的方案优化评价体系。同时,规划采用遗传算法进行工艺路线和工艺参数优化的技术路线,确定各自目标函数及其物理意义。针对用量较大的卫生间台面制品进行工艺创新,研究二维边缘曲线的高效加工工艺,提出了以锯代铣的加工方案,优化锯缝尺寸,得出内切椭圆最佳尺寸。研究国内外石材加工设备的结构、功能特点,结合对国内市场石材制品的需求分析,确定复合加工设备产品族的功能参数范围。应用模块化设计方法对设备产品族进行规划,拟定多套复合加工设备的配置方案,为系列化产品的研发奠定基础。通过设计传动系统总体布局、研究伺服电机负载惯量及扭矩的计算准则和动力系统主轴速度匹配性,为系列化复合加工设备的关键部件选型提供理论参考。对动力系统进行了模态分析,为下一步进行的加工试验提供工艺参数选择依据。从市场需求出发,提出适合国内石材行业生产应用特点的复合加工理论体系,通过对生产特点和规律的研究,达到优化加工过程并降低能耗的目的。这种从工艺编排、加工机理等内因入手改进的方法,是实现石材行业高效率、低成本生产目标最根本的发展策略。