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現(xiàn)有技術中，增材制造摒棄了傳統(tǒng)的減材制造思想，通過增材的方式制造零件，不但可以縮短制作周期、減少材料使用，更能制造傳統(tǒng)工藝無法制造的復雜結(jié)構[1-3]。增材制造技術不需要傳統(tǒng)的刀具和夾具以及多道加工工序，在一臺設備上可快速精密地制造出任意復雜形狀的零件，從而實現(xiàn)了零件“自由制造"，解決了許多復雜結(jié)構零件的成形，并大大減少了加工工序，縮短了加工周期。
機床零部件的再制造是機床再制造中關鍵的環(huán)節(jié)[4-5]。而現(xiàn)有的再制造工藝技術，普遍存在能耗大、資源浪費嚴重，噪聲大，加工過程切削液、粉塵、油霧等污染大等綠色問題。人們期望獲得一種技術效果更好的增減材制造機床。
1 總體方案設計
本文所設計一種基于 VMC1100P 立式加工中心的增減材制造機床，如圖 1 所示，包括床身 117、滑座及工作臺 118、立柱 114、主軸箱 111、主軸箱罩 112、主軸頭罩 113、拖鏈 109、數(shù)控系統(tǒng) 116、送粉器 101、激光器 102、水冷機 103、送粉管路 104、水管 105、光纖線路106、激光熔覆頭 107、熔覆頭罩 108、熔覆頭法蘭盤 110 等。

圖 1 增減材制造機床結(jié)構原理示意簡圖
設備主體采用 VMC1100P 立式加工中心主體結(jié)構，立式框架布局，立柱 114 固定在床身上 117，主軸箱 111 能夠沿立柱 114 上下移動實現(xiàn) Z 向動作，滑座及工作臺 118 沿床身 117縱向移動實現(xiàn) Y 向動作，工作臺沿滑座橫向移動(X 向)的結(jié)構。床身 117 是整個機床的安裝基礎，立柱 114、滑座及工作臺 118 都布置在床身 117 上，主軸箱 111 布置在立柱 114 上。基于ＶＭＣ1100Ｐ立式加工中心的結(jié)構、性能、精度，機床部分機械結(jié)構需進行升級改
造，包括電氣控制系統(tǒng)改造，導軌防護改造，主軸箱罩 112 改造，設計制作熔覆頭法蘭盤 110， 升級拖鏈 109 容積及折彎半徑，設計制作熔覆頭罩 108 及主軸箱罩 112，以適用增材制造和減材制造功能的切換使用。
改造后的機床，通過增加 3D 打印元件及電氣元件，實現(xiàn)機床和激光器的集成控制及聯(lián)動控制，實現(xiàn)激光熔覆以及金屬 3D 打印功能。
2 改造方案實施
拆解主軸箱罩 112，熔覆頭法蘭盤 110 在安裝在主軸箱 111 左側(cè)，激光熔覆頭 107 安裝在熔覆頭法蘭盤 110 上，激光熔覆頭 107（型號：RC52）通過光纖線路 106 連接到激光器 102（型號：YLR-1000）上；送粉管路 104、水管 105 穿過升級后的拖鏈 109 連接到送粉器 101（型號：RC-PGF-D-2）、水冷機 103（型號：MCWL-50DTR）；水冷機 103 為激光器 102 和外光路系統(tǒng)提供循環(huán)的冷卻水，帶走激光器 102 在電光轉(zhuǎn)換過程中產(chǎn)生的多余熱量，帶走外光路鏡片所吸收的熱量；數(shù)控系統(tǒng) 116（型號：FUNAC-OI-Mate）通過電線及電氣元件連接機床三軸拖動、送粉器 101、水冷機 103、激光器 102，實現(xiàn)通過編程代碼控制機床運動進行增減材制造。
3 增減材制造的實現(xiàn)
升級改造后的數(shù)控機床，采用光纖激光器作為光源，光纖傳導作為外光路傳導系統(tǒng)，通過 3D 打印軟件及數(shù)控系統(tǒng)，實現(xiàn)機床和激光器的集成控制及聯(lián)動控制。增材制造時，安裝主軸頭罩 113，防止粉末進入主軸錐孔，拆解熔覆頭罩 108，激光熔覆頭 107 隨主軸箱 111 運動，數(shù)控系統(tǒng)驅(qū)動機床按照路徑規(guī)劃分層軟件生成的代碼運動，從而實現(xiàn)零件表面修復和金屬 3D 打印。激光器 102 及送粉器 101 和水冷機 103 放置在機床左后方，送粉器 101 為激光加工提供金屬粉末，水冷機 103 為激光器 102 和外光路系統(tǒng)提供循環(huán)的冷卻水，帶走激光器 102 在電光轉(zhuǎn)換過程中產(chǎn)生的多余熱量，帶走外光路鏡片所吸收的熱量。用熔覆頭罩 108 將激光熔覆頭 107 罩住防止切削粉末進入激光熔覆頭，拆卸主軸頭罩 113，主軸錐孔中安裝切削刀具， 可以實現(xiàn)減材制造功能。
4 結(jié)束語
增材制造作為廢舊機床再制造關鍵工藝技術，可解決廢舊機床的主軸、導軌、齒輪副等關鍵部件的工藝流程或工序環(huán)節(jié)綠色化程度不高的問題。減少廢舊機床再制造的工藝流程與工序環(huán)節(jié)，降低刀具與夾具的消耗，縮短加工周期。從而推動廢舊機床再制造過程綠色化的進程，進一步推動機床再制造產(chǎn)業(yè)化與規(guī)模化。