| 成果名称: | 精密激光切割机精度保持性评估与优化研究 |
| 完成单位: | 广东省科学院智能制造研究所,德国弗劳恩霍夫协会结构耐久性与系统可靠性研究所 （LBF）,广东正业科技股份有限公司 |
| 主要人员: | 陈敏,Roladn Platz,赵明辉,陈启愉,Matthias Rauschenbach,李红利,毛璐瑶,余廷勋,梁澜之,敖荟兰,司卫征,梁天将 等16人 |
| 介绍: | 项目来源于2018年广东省科技计划项目，国际科技合作领域，项目编号2018A050506059。精密激光切割机是一种新型高效的切割设备，国内外相关产品在精度保持性方面的差距较大。国内可靠性技术能力存在短板，通过与在可靠性方面具有世界领先技术实力的德国LBF研究所合作，利用可靠性分析与评估、可靠性数值模拟、可靠性测试和可靠性设计与优化等技术对正业所生产的精密激光切割机进行精度保持性评估与优化研究，改善其产品性能，提升其产品竞争力，促进国内可靠性技术在相关行业领域的发展与应用具有重要意义。 技术原理及性能指标：利用可靠性数值模拟技术对精密激光切割机进行结构静动态力学分析、多场耦合分析等，同时对整机进行可靠性试验，然后根据可靠性数值模拟与可靠性测试的结果，结合之前产品使用过程中的统计数据，利用可靠性分析技术分析各子系统和零部件对激光加工切割机精度保持性的影响，最后利用可靠性优化技术对精度影响较大的系统和部件进行优化，从而提升其精度保持性。 技术的创造性与先进性：1)采用故障模式、影响及危害分析法，对激光切割机各种问题进行分组归类，包括机器结构、机器操作、DUT（被测器件）、DUT 操作、周围环境、测试/生产工艺等方面，以故障影响或后果为中心，根据层次分析，并通过因果关系推理、归纳，分析了各子系统和零部件对激光加工切割机精度保持性的影响，建立了一套基于 FMECA 的精密激光加工装备的可靠性预测和可靠性提升的评估方法，确定并讨论了几种不同的潜在精度影响因素和建议措施。根据各种导致精度下降的可能性，生成了一份精度补偿工序表，企业可以根据这份表格在可重复可追溯的工作条件中，提升生产时的精确度和减少偏差。2)对激光切割机外部工作温度、导轨几何精度进行测量和分析,确定系统热温度、导轨直线度、角度误差、运动部件速度、工作平台开启辅助气压对激光切割机精度的影响程度；针对激光切割机在加工 PCB 板时出现了精度、偏移、不稳定和能量损失等问题，对激光切割机进行校准试验和 FPCB 板重复加工，研究了机器的准备工作、工件样品表面质量、定位和固定方式、操作和处理的不同对加工精度的影响，并对所有必要的测量进行初步标准化，并对正常校准工序与标准化校准工序产生的结果进行了分析和对比，结果显示引入一种初步的标准化程序所进行的数据的校准和补偿，激光切割机的加工精度有了明显的提高。在此基础上，提出了初步的标准化方法来完善校准试验，使激光切割机的偏差和精度下降的现象显著降低。3)首先，利用仿真工具建立包含接触的精密激光切割机装配体有限元力学模型，分析了结构变形和支撑台架的动态性能，发现了支撑台架向一边倾斜、动态特性差的结构问题；然后，针对精密激光切割机支撑台架倾斜、动态特性差等结构问题，对精密激光切割机支撑台架、工作平台进行了结构优化设计，在支撑台架不同的位置增加了斜拉筋和三角肋板、在工作平台内部改进筋结构，最后，对优化前、后的结构进行仿真对比计算，解决了精密激光切割机支撑台架倾斜、动态特性差等结构问题，使整机的动静态特性得到明显提高。 研发技术成熟，适用范围广，安全可靠性高。广东省是我国制造业大省，产品种类较为齐全，船舶、汽车、核电、通用及大型机械装备、家电等均为是广东省优势支柱产业。广东省机械装备产品种类繁多，产值大，但也存在诸多问题。主要表现在：自主创新能力较弱；装备制造业中绝大部分是中小企业；装备制造业大而不强。具体体现在产品档次不高，产品为满足强度要求往往设计的比较笨重，不但浪费材料，提升制造成本，而且维护和运行成本较高。因此，切合广东地区机械装备所存在的问题，可靠性分析与评估、可靠性数值模拟、可靠性测试、可靠性设计与优化等技术能够帮助广东省机械装备乃至其他行业产品优化产品结构，降低产品重量，能有效提升产品档次、降低制造、运行和维护成本。对于提升广东省产品竞争力，促进广东地区从制造业大省向创新型制造业强省转型具有重要作用。本项目应用研究成果后企业累计新增销售收入 3168.84 万元，累计新增利税达327.38 万元，取得了明显的经济效益。同时形成了一套完善的精密激光加工装备精度保持性评估和优化的方法体系，对于提升合作企业自主品牌精密激光切割机的精度保持性乃至整机性能，提升国产产品的竞争力具有重要实际意义。 历年获奖情况：无。 |
| 批准登记号: | |
| 登记日期: | 2024-10-15 |
| 研究起止时间: | 2019-01-01至2022-05-30 |
| 所属行业: | 制造业 |
| 所属高新技术类别: | 先进制造 |
| 评价单位名称: | 广东省科学技术厅 |
| 评价日期: | 2022-09-09 |
