石材异型制品加工设备虚拟设计系统的研究与应用

论文摘要

随着建筑装饰行业和石材加工技术的发展，石材异型制品的品种越来越多，需要的加工技术与设备也越来越多。石材行业迫切需要多功能的加工设备，同时设备的功能部件可以更换。本文详细研究了石材异型制品加工设备设计的基本理论，开发了石材异型制品加工设备虚拟设计系统Machine Design。应用该虚拟设计系统，石材机械企业生产石材加工设备时，可设计生产出相应的标准化、系列化的功能部件，改变石材制品时，只需要更换某一个功能部件即可。因而可以缩短生产制造周期，降低成本，提高质量，增强石材企业的市场竞争力。 本文首先研究了各种不同异型制品表面成形原理，建立了石材异型制品加工设备运动学模型，并建立了石材异型制品加工设备的运动学图谱，给出了各种不同图谱的运动重构的数目公式；提出了石材异型制品加工设备虚拟设计系统的总体设计思想，建立了石材异型制品加工设备设计软件的总体结构，分析了系统各个组成部分的功能，并给出了石材异型制品加工设备模块化设计流程，创建了一个支持参数化设计和数据库信息传递的人机交互式虚拟设计系统MachineDesign。应用该虚拟设计系统开发石材异型制品加工设备需要经过概念设计、虚拟详细设计、虚拟仿真、设备设计制造和虚拟设计系统应用等几个关键过程。 石材异型制品加工设备的概念设计包括市场调查和需求分析、设备运动学分析和设计、各个运动部件的功能分析、结构分析、功能和结构的映射以及各个主参数的确定等过程。本文研究了用户需求信息的收集和分析的方法；依据分解重构的基本原理，在运动学分析的基础上对石材异型制品加工设备的功能进行了分解，同时总结了各种石材异型制品加工设备的结构形式，列出了设备的系列树，建立了设备功能结构模型；根据功能部件的基本概念，将石材异型制品加工设备按功能域与结构域进行了从功能表达空间到结构表达空间的映射；采用优先数系将纵系列设备主参数按标准公比和混合公比排列，确定了石材异型制品加工设备的主参数和系列型谱。 石材异型制品加工设备的虚拟详细设计主要涉及设备的虚拟模块设计、虚拟模块编码、虚拟设计中模块重构、虚拟模块接口分析及设计和虚拟变型设计等过程。将SS系列石材异型制品加工设备机械部分划分为运动模块、支撑模块、动力模块、辅助模块和扩展模块等五大功能模块，并分别创建了各个模块的三维模型；分析了模块包含的信息和特征，建立了详细的虚拟模块编码系统；在模块重构过程中，定义了模块选择的策略；针对石材异型制品加工设备的接口，分析了接口的特性、具体功能和结构，并给出了接口功能—结构的关系映射，建立了接

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的目的与意义
• 1.2 石材异型制品加工设备的现状及存在的问题
• 1.2.1 石材异型制品加工设备
• 1.2.2 石材异型制品加工设备发展趋势及存在的问题
• 1.3 石材异型制品加工设备虚拟设计技术及其支持技术
• 1.3.1 虚拟产品快速设计技术
• 1.3.2 模块化设计技术
• 1.3.3 分解重构理论
• 1.4 课题来源
• 1.5 课题主要研究内容和论文结构
• 第2章 石材异型制品加工运动学建模
• 2.1 石材异型制品加工设备的运动学分析
• 2.1.1 石材异型制品表面形状及分类
• 2.1.2 石材异型制品表面的成形方法
• 2.2 石材异型制品加工设备运动学模型
• 2.2.1 石材异型制品加工设备成形运动链的构成及表达
• 2.2.2 石材异型制品加工设备拓扑结构的抽象描述
• 2.2.3 石材加工设备的运动学分析
• 2.2.4 基于运动重构的石材异型制品加工设备模块化综合设计
• 2.2.5 石材加工设备运动学图谱
• 2.3 石材异型制品加工设备的运动学分析及加工新技术的提出
• 2.3.1 石材异型制品加工设备的运动学分析
• 2.3.2 石材异型制品加工新技术的提出
• 2.4 本章小结
• 第3章 石材异型制品加工设备的概念设计
• 3.1 市场调查和用户需求分析
• 3.1.1 产品需求模型的建立
• 3.1.2 按用户需求对石材异型制品分类
• 3.1.3 石材异型制品用户需求信息的收集和分析
• 3.2 石材异型制品加工设备的功能分析
• 3.2.1 石材异型制品加工设备功能的分类
• 3.2.2 石材异型制品加工设备功能的分解
• 3.3 石材异型制品加工设备的结构分析
• 3.4 石材异型制品加工设备功能-结构映射
• 3.4.1 功能部件的概念及功能-结构映射原理
• 3.4.2 石材异型制品加工设备模块化功能部件的设计
• 3.5 石材异型制品加工设备主参数和系列型谱的确定
• 3.6 本章小结
• 第4章 石材异型制品加工设备的虚拟详细设计
• 4.1 石材异型制品加工设备的虚拟模块创建
• 4.1.1 石材异型制品加工设备运动模块
• 4.1.2 石材异型制品加工设备支撑模块
• 4.1.3 石材异型制品加工设备动力模块
• 4.1.4 石材异型制品加工设备其它模块
• 4.2 石材异型制品加工设备虚拟模块编码系统
• 4.2.1 石材异型制品加工设备虚拟模块分析
• 4.2.2 石材异型制品加工设备模块化设计编码系统
• 4.2.3 石材异型制品加工设备编码系统应用实例
• 4.3 石材异型制品加工设备虚拟设计中模块重构的选择
• 4.3.1 虚拟模块重构选择策略
• 4.3.2 石材异型制品加工设备模块重构选择的问题描述
• 4.3.3 石材异型制品加工设备模块重构选择的算法
• 4.3.4 石材异型制品加工设备模块重构选择实例
• 4.4 石材异型制品加工设备虚拟模块化接口
• 4.4.1 石材异型制品加工设备的接口分析
• 4.4.2 石材异型制品加工设备的接口设计
• 4.5 石材异型制品加工设备虚拟变型设计
• 4.5.1 虚拟变型设计的基本求解模型
• 4.5.2 面向虚拟变型设计的模块数据结构
• 4.5.3 石材异型制品加工设备虚拟变型设计过程
• 4.6 本章小结
• 第5章 石材异型制品加工设备虚拟仿真及实验研究
• 5.1 数控石材加工设备部件的运动学仿真
• 5.1.1 数控石材异型制品加工设备介绍
• 5.1.2 数控石材异型制品加工设备运动学仿真过程
• 5.1.3 数控石材异型制品加工运动学仿真结果
• 5.2 数控石材加工设备部件的动力学仿真及实验研究
• 5.2.1 金刚石锯片切割石材的锯切力实验研究
• 5.2.2 SSX石材异型制品多功能加工设备结构静力学分析
• 5.2.3 SSX石材异型制品多功能加工系统的动力学模型
• 5.2.4 SSX石材异型制品多功能加工设备模态分析
• 5.3 本章小结
• 第6章 石材异型制品加工设备虚拟设计系统的开发与应用
• 6.1 石材异型制品加工设备虚拟设计系统的总体框架
• 6.1.1 石材异型制品加工设备虚拟设计系统开放式体系结构
• 6.1.2 石材异型制品加工设备虚拟设计系统的总体框架
• 6.1.3 石材异型制品加工设备开发系统总体结构
• 6.2 石材异型制品加工设备虚拟设计系统的运行
• 6.2.1 用户查询子系统
• 6.2.2 模块的选择、查询
• 6.2.3 参数化设计子系统
• 6.2.4 数据库子系统
• 6.2.5 模块装配子系统
• 6.2.6 石材异型制品加工设备的虚拟快速重构设计
• 6.2.7 SSQ和SSX系列数控石材异型制品加工设备的制造
• 6.3 石材异型制品加工设备虚拟设计效果分析
• 6.3.1 石材异型制品加工设备设计周期对比
• 6.3.2 石材异型制品加工设备设计成本对比
• 6.3.3 石材异型制品加工设备设计质量对比
• 6.4 本章小结
• 第7章 总结
• 7.1 结论
• 7.2 创新点
• 7.3 展望
• 参考文献
• 附录: 作者攻读博士期间的科研成果
• 附录: 作者攻读博士期间获得的奖励和荣誉
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表