天然石材属于典型的硬脆性材料,其物理和化学成分复杂、切削加工难度大;同时石材高端制品的多样性、复杂性和艺术性需求,对机械系统的运动学和动力学性能提出了较高要求。传统金属切削理论和装备技术,并不完成适应石材产业高速高效、绿色化的加工需求。为此本文分析了锯、铣加工条件下的天然石材材料去除机理和工艺特性,进行了异型石材锯铣复合(组合)加工装备设计与制造领域关键问题的研究与开发,开展了复杂制品锯、铣加工工艺技术的分析与验证。主要研究内容包括:论文通过理论、仿真和实验分析等手段,解析了锯、铣加工条件下的天然石材材料去除机理和工艺特性。通过运用多分量旋转测力系统,分析了发生在锯切加工弧区内的切削力载荷特性,研究表明:天然石材锯切加工过程中的切削载荷随着切削厚度和进给速度的增加而增加;随着切削线速度增加而减小;切削载荷在弧区内的分布受切削深度、切削线速度和进给速度的影响,通过正交实验建立的锯切力幂指数数学模型与实验实测结果的平均偏差为2.53%。论文提出了使用CVD金刚石涂层刀具对天然大理石材料进行铣削加工的工艺方法,研究表明:在此工艺条件下,天然石材经历了弹塑性变形、压皱压裂、脆性去除和体积破碎的材料去除过程。CVD金刚石涂层能够使切削载荷降低40%,改善了切削工艺特性和提高了切削加工表面质量。论文解析了天然石材锯、铣加工条件下的材料去除机理,获取了天然石材锯、铣加工工艺特性,为天然石材高速高效、绿色化加工提供了新的工艺方法。论文在对异型石材制品锯、铣加工过程进行运动学分析的基础上,解析了机床运动轴配置的可行域,提出了一种具有“八轴双五联动功能”的异型石材锯铣加工中心设计模型,分析了基于产品族设计的加工中心模块化设计方法;针对锯切工艺特殊的运动学特性,基于工程问题的类比分析,提出一种“单驱动可分度的复合切削功能部件”,解决了锯铣复合(组合)机床小空间多功能复合化、铣削与大扭矩锯切复合化的矛盾,实现了7"的高精密分度与机械式锁死;并通过运用参数灵敏度分析方法,优化了主轴支撑结构参数,使主轴最大等效应力降低31.3%,静刚度提高13.4%,并通过了实际样机验证。论文在样机动力学分析的基础上运用材料变密度插值算法,对铸造式床身进行了结构拓扑优化,开发第二代焊接式异型石材锯铣加工中心,使整机质量减轻了 54.98%,刚性提高了30.3%。经过精度分析与补偿,机床各运动轴精度满足了异型石材锯铣复合加工要求,并依此建立了机床产品精度检测标准。论文为异型石材锯铣复合(组合)加工中心设计与创新,提供了的基础理论和方法,解决了异型石材锯铣加工中心生产制造领域的关键技术问题,推动了异型石材锯铣加工中心的产业化开发。论文开展了异型石材锯、铣加工工艺关键技术问题的研究与开发。论文研究了立体雕塑制品的三维逆向成形、数据拼合和精度分析方法,分析了基于三基准点的数据拼合算法对模型拼合精度的影响因素,进行了异型石材锯铣加工中心专用五轴后处理器算法的研究和开发,并通过实际加工实验和精度检测,验证异型石材锯铣复合加工中心的加工能力。论文研究了平面浮雕制品的数字化建模过程,提出了一种基于刀触点路径截面线法的锯切加工路径规划算法,该方法在点云数据的基础,通过截交面产生截交线;通过调整锯片直径、步长满足截面线最小加工曲率要求,拟合产生刀具路径,并在实际加工中进行了验证。通过对异型石材复杂制品使用锯、铣加工技术,使产品加工效率提高6倍以上,平均偏差小于0.929mm,达到了石材产业制品加工的精度要求。论文解决了异型石材制品数字化加工过程中关键技术问题,提供了异型石材锯、铣加工路径规划算法,推动了异型石材锯铣加工中心的产业化应用。