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現有技術中，增材制造摒棄了傳統的減材制造思想，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，更能制造傳統工藝無法制造的復雜結構[1-3]。增材制造技術不需要傳統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，從而實現了零件“自由制造”，解決了許多復雜結構零件的成形，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節[4-5]。而現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、數控系統 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。
圖片.png

圖 1 增減材制造機床結構原理示意簡圖
設備主體采用 VMC1100P 立式加工中心主體結構，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 Z 向動作，滑座及工作臺 118 沿床身 117縱向移動實現 Y 向動作，工作臺沿滑座橫向移動(X 向)的結構。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立式加工中心的結構、性能、精度，機床部分機械結構需進行升級改
造，包括電氣控制系統改造，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，實現機床和激光器的集成控制及聯動控制，實現激光熔覆以及金屬 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，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 和外光路系統提供循環的冷卻水，帶走激光器 102 在電光轉換過程中產生的多余熱量，帶走外光路鏡片所吸收的熱量；數控系統 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
升級改造后的數控機床，采用光纖激光器作為光源，光纖傳導作為外光路傳導系統，通過 3D 打印軟件及數控系統，實現機床和激光器的集成控制及聯動控制。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，數控系統驅動機床按照路徑規劃分層軟件生成的代碼運動，從而實現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 和外光路系統提供循環的冷卻水，帶走激光器 102 在電光轉換過程中產生的多余熱量，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，可以實現減材制造功能。
4   結束語
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節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節，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業化與規?；?。

如何使用增減材制造立式加工中心

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