石雕是石材与雕刻艺术的完美结合,一直记录着世界文明的发展历程,具有很高的艺术价值和文化价值。立体石雕以复杂轮廓构造及繁多曲面构形,表现出更为丰富的信息,从而成为高附加经济值的石材制品。近年来,以机器人为代表的加工装备,在工件尺寸、加工效率与造型灵活性等方面表现极大的优势,可以很大限度的代替人工劳动,降低人力成本。立体石雕加工一般分为粗加工和精加工两道主要工序。粗加工中,材料去除量大,要求加工效率高,磨削力动态特性变化较大;精加工中,刚性低的部位工艺性差,磨削力控制不当,极易导致石材坯料断裂,造成工件报废。粗加工后所得到的中间坯状态也会直接影响了后续的精加工。因此,对于粗加工和精加工而言,使用统一轨迹加工即不利于提高去除效率,不利于表面的加工质量。本课题以汉白玉立体石雕为研究对象,研究机器人粗加工后中间坯模型状对精加工过程中磨削力的影响规律,分析不同加工轨迹中立体石雕加工力标准差变化规律;以减小精加工过程的磨削力波动为目标,确定精加工的最优加工轨迹,以实现立体石雕曲面加工质量的提升。本文的主要内容及成果如下:（1）根据曲率特征对立体石雕进行分区规划。使用非均匀有理B样条面模式建立立体石雕的表面几何特征模型,根据曲面上各点曲率信息将曲面进行初步划分;利用糊聚类算法寻找各子区域的聚类中心;使用Voronoi图确定各子区域的边界;完成分区规划。根据划分后的曲面类型建立相应模型。（2）建立了立体石雕加工中间坯模型。介绍了工业机器人立体石雕加工系统构成以及具体工艺流程;在此基础上,通过标定实验在Production Module 3D软件中建立了汉白玉材料模型;仿真获取不同加工轨迹参数下的中间坯模型状态;以轮廓误差和精加工磨削力波动为评价指标,研究中间坯模型状态对精加工质量的影响规律。（3）分析了精加工阶段不同刀具轨迹对磨削力波动与加工效率的影响规律。阐述了立体石雕精加工过程中四种常用的刀具轨迹形成机制;仿真了不同刀具轨迹在标准曲面下加工过程,获得不同精加工刀具轨迹与磨削力波动、加工效率的最优匹配关系;研究了磨削力波动值对立体石雕轮廓误差的影响规律。（4）对特定立体石雕模型进行精加工仿真及验证。选择房山汉白玉作为毛坯,通过实验加工凸柱面对比磨削力验证了仿真的可靠性。使用最优的粗加工轨迹参数进行毛坯加工,获得中间坯模型;使用分区算法将薄壁部位划分出6个加工区域;利用加权求合法选出最优的工艺参数与最优的刀具轨迹。使用传统加工方法与优化分区加工方法进行仿真对比。结果表明使用优化分区加工方法磨削力波动降低了33.3%,最大磨削力降低了61.9%,加工后表面轮廓误差降低了42.8%。本论文的研究结果对机器人立体石雕中弱刚度部位的精密加工提供了理论依据和实际应用价值。