【摘 要】
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行动支架作为坦克行动装置和悬挂装置中的重要零部件,具有多样化、复杂化的外形特征和加工工艺,其生产质量关系整车的安全性和使用寿命。在“十四五”规划和“中国制造2025”战略的双重驱动下,行动支架的生产方式由传统的人机配合逐渐向智能化转变。离散化智能生产方式具备数据驱动的智能感知与协同管控能力,是突破传统生产单一化技术瓶颈的重要解决方案。然而,行动支架工艺装备柔性化不足是限制离散化智能生产的主要技术难
【基金项目】
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山东省重大科技创新工程项目:大数据驱动的工程机械加工产线工艺全流程智能感知与协同管控关键技术研究与应用,项目编号:2019JZZY020111； 山东省科技型中小企业创新能力提升工程项目:坦克履带行动支架加工工艺装备及智能感知与协同管控生产线,项目编号:2022TSGC1115；
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行动支架作为坦克行动装置和悬挂装置中的重要零部件,具有多样化、复杂化的外形特征和加工工艺,其生产质量关系整车的安全性和使用寿命。在“十四五”规划和“中国制造2025”战略的双重驱动下,行动支架的生产方式由传统的人机配合逐渐向智能化转变。离散化智能生产方式具备数据驱动的智能感知与协同管控能力,是突破传统生产单一化技术瓶颈的重要解决方案。然而,行动支架工艺装备柔性化不足是限制离散化智能生产的主要技术难题。另外,行动支架涉及大量的面铣削加工工艺,具有较高的精度要求,传统的接触式表面粗糙度测量不能及时的发现生产中的质量问题,选择合适的加工参数与刀具参数只能基于试错和人工经验,这无疑浪费了生产资源。因此,实现坦克行动支架离散化智能生产及质量管控成为亟待解决的难题。本文旨在解决以上技术难题。在山东省重大科技创新工程项目和山东省科技型中小企业创新能力提升工程项目的支持下,开展了坦克行动支架智能生产线设计及质量管控研究工作。设计了坦克行动支架智能生产线及其柔性化工艺装备,建立了用于质量管控的表面粗糙度预测模型,开发了表面粗糙度预测系统。主要研究内容如下:（1）分析了智能生产线和表面粗糙度预测模型的国内外研究现状,结合坦克行动支架离散化智能生产与质量管控重大需求,确定了本文研究内容和技术路线。（2）设计了坦克行动支架智能生产线及随行夹具工艺系统、物料输送系统、工艺装备系统,分析了可靠性。基于坦克行动支架生产流程结合总体设计要求,设计了生产线布局和主要功能;基于行动支架的形状特征和加工工艺,分别设计了生产线的随行夹具工艺系统、物料输送系统、工艺装备系统,并分析了主要装置的可靠性;进一步分析了坦克行动支架智能生产线的应用情况。（3）建立了坦克行动支架面铣削表面粗糙度预测模型,揭示了轮廓成形机制,探究了加工参数和刀具参数对表面粗糙度的影响规律,实验验证了模型的准确性。基于加工运动学和刀具几何学分析了轮廓的成形机制,考虑后切与重叠率边界条件,建立了面铣削表面粗糙度预测模型;利用数值分析重构了不同位置的二维轮廓和三维形貌;采用单因素分析分别探究了加工参数（每齿进给量、重叠率）,刀具参数（刀尖圆角半径、刀片副倾角）对表面粗糙度的影响规律,并从轮廓成形机制上分析原因;通过面铣削7075航空铝合金实验分析了模型的准确性,并与ZMap表面粗糙度预测模型对比分析。（4）建立了考虑刀具跳动的表面粗糙度预测模型,揭示了刀具跳动影响下的轮廓成形机制,探究了刀具跳动对表面粗糙度的影响规律,实验验证了模型的准确性。分析刀具跳动影响下的轮廓成形几何学和运动学,在面铣削表面粗糙度预测模型的基础上建立了考虑刀具跳动的表面粗糙度预测模型;利用数值分析重构了不同刀具跳动下,相同位置的二维轮廓和三维形貌;分析了不同刀具跳动对表面粗糙度的影响,并从轮廓成形机制上分析原因;通过面铣削ZG32Mn Mo高合金铸钢实验分析了模型的准确性,并与面铣削表面粗糙度预测模型对比分析。（5）建立了基于卷积神经网络的动态表面粗糙度预测模型,揭示了动态因素影响下的轮廓成形机制,实验验证了模型的准确性。结合加工过程中刀具振动、弹性回复、刀具磨损对轮廓高度的影响分析,通过切削力建立了上述因素与表面粗糙度之间的映射关系公式;进行面铣削ZG32Mn Mo高合金铸钢实验采集数据集,以切削力作为输入信号,理论轮廓与真实轮廓高度差为输出信号,建立了基于卷积神经网络的动态表面粗糙度预测模型;进行了实验验证,分析了模型的准确性,并与刀具跳动的表面粗糙度预测模型对比分析。（6）开发了表面粗糙度预测系统,实现了坦克行动支架生产质量管控。结合基于刀具跳动的表面粗糙度预测模型、基于卷积神经网络的动态表面粗糙度预测模型以及总体设计要求,设计了表面粗糙度预测系统的主要界面、功能、程序,分析了各模块的使用方法;对接了表面粗糙度预测系统与坦克行动支架智能生产线的MES系统,进一步搭建了工件表面粗糙度可视化检测系统平台。
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