GBT 43140-2023 激光定向能量沉积机床 通用技术规范

激光定向能量沉积机床通用技术规范2023-09-07发布I 2规范性引用文件 l3术语和定义 14机床组成与环境要求 15安全防护要求 26技术要求 37检测方法 5 8表1机床各组成部分的主要功能 2表2一般结构机械运动系统几何精度公差 3表3一般结构机械运动系统线性轴定位与重复定位精度公差 4表4一般结构机械运动系统回转轴定位与重复定位精度公差 4Ⅲ本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中国机械工业联合会提出。本文件由全国特种加工机床标准化技术委员会(SAC/TC161)、全国增材制造标准化技术委员会本文件起草单位：南京中科煜宸激光技术有限公司、西安增材制造国家研究院有限公司、苏州电加工机床研究所有限公司、南京辉锐光电科技有限公司、武汉华工激光工程有限责任公司、苏州天弘激光股份有限公司、江苏铭亚科技有限公司、济南森峰激光科技股份有限公司、华质卓越生产力促进(北京)有限公司、无锡市检验检测认证研究院、中机研标准技术研究院(北京)有限公司、昆山宝锦激光拼焊有限公司、广东宏石激光技术股份有限公司、深圳市艾贝特电子科技有限公司、苏州大学、西安交通大学、南京晨光集团有限责任公司、北京卫星制造厂有限公司、沈阳工业大学。1激光定向能量沉积机床通用技术规范本文件规定了激光定向能量沉积机床组成与环境要求、安全防护要求、技术要求、检测方法及标志、本文件适用于以金属粉末为原材料采用激光定向能量沉积工艺的增材制造机床的设计和制造。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T191包装储运图示标志GB2894安全标志及其使用导则GB/T5226.1机械电气安全机械电气设备第1部分：通用技术条件GB7247.1激光产品的安全第1部分：设备分类、要求GB/T10320激光设备和设施的电气安全GB/T12642工业机器人性能规范及其试验方法GB/T14896.7特种加工机床术语第7部分：增材制造机床GB/T17421.1机床检验通则第1部分：在无负荷或精加工条件下机床的几何精度GB/T17421.2机床检验通则第2部分：数控轴线的定位精度和重复定位精度的确定GB/T25373金属切削机床装配通用技术条件GB25493以激光为加工能量的快速成形机床安全防护技术要求GB26503快速成形机床安全防护技术要求GB/T35351增材制造术语JB/T8356机床包装技术条件3术语和定义GB/T14896.7和GB/T35351界定的术语和定义适用于本文件。4机床组成与环境要求4.1机床组成激光定向能量沉积机床(以下简称“机床”)的组成一般包括：机械运动系统、气氛控制系统、激光系统、送粉系统、信号监测系统，各组成部分的主要功能见表1。2表1机床各组成部分的主要功能组成部分主要功能机械运动系统在运动控制系统的控制下实现稳定的机械运动，保证光路系统、送粉系统的运动精度，实现稳定的沉积。从结构上分为一般结构和工业机器人结构气氛控制系统实现加工工艺环境的气氛控制要求激光系统由激光器产生激光光源，通过光路传输给沉积头，稳定供给能量熔化粉末材料，实现材料沉积送粉系统由送粉功能模块稳定输送粉末材料到沉积头信号监测系统对机床控制参数和故障信号进行监测、记录与保存4.2环境要求机床应在室内工作，工作条件应满足下列要求：a)环境温度：5℃~35℃;b)相对湿度：≤75%;4.2.2放置环境要求机床应在室内放置，放置条件应满足下列要求：a)环境温度：0℃~40℃;b)相对湿度：≤95%;5安全防护要求5.1一般要求5.1.1机床安全防护应符合GB25493和GB26503的规定。5.1.2激光辐射的安全应符合GB7247.1的规定。5.1.3电气系统的安全应符合GB/T5226.1和GB/T10320的规定。5.2机床加工区安全防护要求5.2.1机床的运动部件应采取可靠的限位措施，各运动轴应设置可靠的电气、机械双重限位装置。5.2.2沉积头安装应安全可靠，沉积头在运动时不应被甩出或脱落。5.2.3机床应配置沉积头碰撞保护装置，沉积头在发生碰撞后应触发机床急停。5.2.4机床送粉系统应可靠接地并配置防静电部件或除静电装置。5.2.5机床加工区域内的电气设备应满足耐热、耐腐蚀的要求。5.2.6机床加工区域应设排风装置。5.2.7需使用成形材料保护辅助气体(如氩气)时，应在机床说明书中提出排风、通风以及对灭火器的3要求。5.2.8机床应配备氧含量检测仪，在作业人员所处区域的氧含量低于18%时，氧含量检测仪应能自动报警。5.2.9机床应采取适当方法对散落的成形材料颗粒进行回收。6技术要求6.1一般要求6.1.1机床应符合本文件的要求，并按规定程序批准的图样和技术文件制造。6.1.2机床的装配技术要求应符合GB/T25373的规定。6.1.3机床应具备自检功能，机床故障及异常状态的声光报警功能应有效可靠。6.1.4机床监视仪表应显示清晰，开关、旋钮的操作应灵活可靠。6.2外观要求机床的外观要求如下：b)机床表面涂层或镀层不应起泡、龟裂、脱落，同种颜色涂层不应有目视可识别的色差；c)机床标志中，说明功能的文字、图形符号的标志应清晰、端正，指示标识应正确；d)机床金属零件不应有锈蚀及其他机械损伤；e)机床表面不应有润滑油脂等外溢物。6.3机械运动系统要求6.3.1.1采用一般结构实现机械运动的机床，机械运动系统应至少有三个线性轴(X轴、Y轴、Z轴);线性轴的有效工作行程不应小于机床说明书的标称值。6.3.1.3机械运动系统几何精度公差应符合表2的规定。表2一般结构机械运动系统几何精度公差检测项目公差水平面内的直线度X轴运动在水平面内的直线度任意300mm测量长度上为0.01mmY轴运动在水平面内的直线度任意300mm测量长度上为0.01mm工作台与线性轴平行度工作台与X轴平行度任意300mm测量长度上为0.01mm工作台与Y轴平行度任意300mm测量长度上为0.01mm线性轴垂直度X轴和Y轴垂直度任意300mm测量长度上为0.02mmZ轴和X轴垂直度任意300mm测量长度上为0.02mmZ轴和Y轴垂直度任意300mm测量长度上为0.02mm6.3.1.4机械运动系统线性轴定位精度与重复定位精度公差应符合表3的规定。4表3一般结构机械运动系统线性轴定位与重复定位精度公差检测项目公差线性轴双向定位精度Y轴线性轴双向重复定位精度6.3.1.5机械运动系统回转轴定位精度与重复定位精度公差应符合表4的规定。表4一般结构机械运动系统回转轴定位与重复定位精度公差检测项目公差回转轴定位精度50”50”30”回转轴重复定位精度20”20”15”6.3.2工业机器人结构若机床采用工业机器人运动系统实现机械运动，工业机器人运动系统精度应在机床说明书中进行说明。6.3.3机械运动系统润滑机床应配备润滑系统，润滑系统一般采用自动注油或自润滑的方式，采用自动注油方式润滑时，宜使用半固体润滑油脂。6.4气氛控制系统箱体内的相对压强值从101725Pa(大于1个标准大气压400Pa)降至101525Pa(大于1个标准大气压200Pa),时间应大于20min。机床的相关技术文件应规定氧含量净化效率。在规定的时间要求内，使机床进入稳定工作状态，气体密封箱体内的氧含量在22℃、1个标准大气压条件下质量浓度应小于66mg/m²(或体积分数小于5机床应配备除尘过滤装置，过滤装置应具备滤网堵塞的检测功能。6.5激光系统6.5.1激光功率稳定性机床配置的激光器在工作过程中的激光功率波动率应小于3%。6.5.2沉积头冷却功能激光系统单元应具有稳定的水路冷却功能，激光器以额定功率工作时，沉积头冷却水进水和回水的温度差值应小于10℃。6.6送粉系统精度机床使用前应确认送粉系统精度，送粉精度误差应小于5%。6.7信号监测系统6.7.1机床应具备控制参数监测功能，机床说明书中应对所有可监测的控制参数进行明示，信号监测系统应能显示和保存控制参数。6.7.2机床应具备故障监测功能，机床说明书中应对所有可监测的故障类型进行说明，信号监测系统应能显示和保存故障信号。6.8机床空运转试验6.8.1机床供电电源适应能力调节机床供电电压分别为额定值的90%和110%,运行2h,应无故障。6.8.2机床急停器件机床急停器件应符合GB/T5226.1的要求。6.8.3机床各轴限位机床各轴运动至限位位置时应具有自动停止功能。6.8.4激光功率偏差机床激光功率实际测量值与设定值偏差应小于5%。6.8.5机床运行噪声机床的噪声声压级不应大于75dB(A),且机床运行时不应有冲击声和异常声。7检测方法7.1检测条件7.1.1除特别声明的检测项目外，其余检测项目应在4.2.1工作环境要求下进行。67.1.2检测场地周围不应有影响检测结果的其他电磁辐射源。7.1.3机床处于本文件规定的默认工作参数状态。7.1.4机床检测期间施加于机床的电源电压应在额定电压的士5%范围内。7.1.5所有检测仪器及量具应经过计量检定合格并在有效期内。7.2外观采用目视法对机床外观进行检查。7.3机械运动系统7.3.1一般结构机械运动系统在额定工作条件下，采用的长度量具应有0.1mm或更高的分辨率，分别检测沉积头在线性轴线轴)方向的最大有效运行距离。7.3.1.2线性轴直线度和平行度采用平尺、指示器、量块或激光检测仪器进行检测，测量工具装在运动部件上，并随运动部件一起按规定的范围移动。检测方法按照GB/T17421.1的规定，分别测量水平面内的直线度、工作台和X轴的平行度、工作台和Y轴的平行度。采用平尺、角尺、指示器、量块或激光检测仪器进行检测，将具有相应基座的角尺贴靠在代表该轴线的平面上，在两垂直方向测量角尺悬边对该平面的平行度。检测方法按照GB/T17421.1的规定，分别7.3.1.4定位精度和重复定位精度定位精度和重复定位精度检测应覆盖机床数控轴线的最大行程，测量仪器宜使用激光干涉仪，检测方法按照GB/T17421.2的规定。7.3.2工业机器人运动系统按照GB/T12642的规定，对工业机器人运动系统的运动位置准确度进行检测。7.3.3机械运动系统润滑7.3.3.1当机床采用自动注油方式进行润滑时，在额定工作条件下，使机床进入稳定工作状态，目视检查润滑介质是否均匀覆盖所有线性轴传动部件。7.3.3.2当机床采用自润滑方式进行润滑时，目视检查自润滑系统无损坏，运行时无异响。7.4气氛控制系统在1个标准大气压的条件下控制机床所有舱门关闭，对气氛控制箱体进行充气，采用压力表检测箱体内相对压力达到101725Pa(大于1个标准大气压400Pa)后停止充气，20min后检测箱体内相对压7GB/T43140—2023力应大于101525Pa(大于1个标准大气压200Pa)。7.4.2氧含量控制能力在规定的时间要求内，使机床进入稳定工作状态，采用氧含量分析仪对气体密封箱体内的氧含量进行检测。采用风速仪检查机床配备的除尘过滤装置的有效性，并在机床控制界面对滤网工作状态进行确认。7.5激光系统7.5.1激光功率稳定性采用激光功率计检测激光功率。设置激光器出光功率为最大标称激光功率，检测通过沉积头的激光实际出光功率，作为初始出光功率值。不改变激光器设置，在机床出光不少于1h后，再次检测通过沉积头的激光实际出光功率，作为工作出光功率值。工作出光功率值和初始出光功率值的差值与初始出光功率值的比值记为激光功率波动率，并按照公式(1)计算：V——激光功率波动率；W₁——初始出光功率，单位为瓦(W);W₂——工作出光功率，单位为瓦(W)。7.5.2冷却功能在额定工作条件下，测量沉积头冷却水的进水温度和回水温度，并按照公式(2)计算进水温度和回水温度的温度差值：△T=T₂-T……(2)△T——温度差值，单位为摄氏度(℃);T₁——进水温度，单位为摄氏度(℃);T₂——回水温度，单位为摄氏度(℃)。7.6送粉系统精度7.6.1粉末温度条件送粉单元检测时应选择烘干后的粉末，粉末余热温度应小于40℃。7.6.2检验工具百分位精密连续测量电子天平及烧杯。7.6.3检验步骤送粉控制模块选择连续送粉方式，通过沉积头将输送粉末汇集于烧杯中，采用电子天平对送粉量进行2次测量，每次测量累计60s的送粉量，第1次测量之后，待连续送粉5min后再进行第2次测量，并8GB/T43140—2023按照公式(3)计算送粉精度偏差：D——送粉精度偏差；X₁——第1次累计60s送粉量，单位为克(g);X₂——第2次累计60s送粉量，单位为克(g)。7.7信号监测系统7.7.1采用目视检查方式，机床说明书要求的可监测的控制参数应显示于机床操作显示界面，采集的控制参数应能进行保存并形成电子文档。7.7.2采用目视检查方式，机床说明书要求的可监测的故障类型应显示于机床操作显示界面，采集的故障信号应能进行保存并形成