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現(xiàn)有技術(shù)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(fù)雜結(jié)構(gòu)[1-3]。增材制造技術(shù)不需要傳統(tǒng)的刀具和夾具以及多道加工工序，在一臺(tái)設(shè)備上可快速精密地制造出任意復(fù)雜形狀的零件，從而實(shí)現(xiàn)了零件“自由制造"，解決了許多復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件的成形，并大大減少了加工工序，縮短了加工周期。
機(jī)床零部件的再制造是機(jī)床再制造中關(guān)鍵的環(huán)節(jié)[4-5]。而現(xiàn)有的再制造工藝技術(shù)，普遍存在能耗大、資源浪費(fèi)嚴(yán)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(shù)效果更好的增減材制造機(jī)床。
1 總體方案設(shè)計(jì)
本文所設(shè)計(jì)一種基于 VMC1100P 立式加工中心的增減材制造機(jī)床，如圖 1 所示，包括床身 117、滑座及工作臺(tái) 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(jī) 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(jī)床結(jié)構(gòu)原理示意簡(jiǎn)圖
設(shè)備主體采用 VMC1100P 立式加工中心主體結(jié)構(gòu)，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(dòng)實(shí)現(xiàn) Z 向動(dòng)作，滑座及工作臺(tái) 118 沿床身 117縱向移動(dòng)實(shí)現(xiàn) Y 向動(dòng)作，工作臺(tái)沿滑座橫向移動(dòng)(X 向)的結(jié)構(gòu)。床身 117 是整個(gè)機(jī)床的安裝基礎(chǔ)，立柱 114、滑座及工作臺(tái) 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(gòu)、性能、精度，機(jī)床部分機(jī)械結(jié)構(gòu)需進(jìn)行升級(jí)改
造，包括電氣控制系統(tǒng)改造，導(dǎo)軌防護(hù)改造，主軸箱罩 112 改造，設(shè)計(jì)制作熔覆頭法蘭盤 110， 升級(jí)拖鏈 109 容積及折彎半徑，設(shè)計(jì)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(jī)床，通過增加 3D 打印元件及電氣元件，實(shí)現(xiàn)機(jī)床和激光器的集成控制及聯(lián)動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)激光熔覆以及金屬 3D 打印功能。
2 改造方案實(shí)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(hào)：RC52）通過光纖線路 106 連接到激光器 102（型號(hào)：YLR-1000）上；送粉管路 104、水管 105 穿過升級(jí)后的拖鏈 109 連接到送粉器 101（型號(hào)：RC-PGF-D-2）、水冷機(jī) 103（型號(hào)：MCWL-50DTR）；水冷機(jī) 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(hào)：FUNAC-OI-Mate）通過電線及電氣元件連接機(jī)床三軸拖動(dòng)、送粉器 101、水冷機(jī) 103、激光器 102，實(shí)現(xiàn)通過編程代碼控制機(jī)床運(yùn)動(dòng)進(jìn)行增減材制造。
3 增減材制造的實(shí)現(xiàn)
升級(jí)改造后的數(shù)控機(jī)床，采用光纖激光器作為光源，光纖傳導(dǎo)作為外光路傳導(dǎo)系統(tǒng)，通過 3D 打印軟件及數(shù)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)床和激光器的集成控制及聯(lián)動(dòng)控制。增材制造時(shí)，安裝主軸頭罩 113，防止粉末進(jìn)入主軸錐孔，拆解熔覆頭罩 108，激光熔覆頭 107 隨主軸箱 111 運(yùn)動(dòng)，數(shù)控系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)機(jī)床按照路徑規(guī)劃分層軟件生成的代碼運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)零件表面修復(fù)和金屬 3D 打印。激光器 102 及送粉器 101 和水冷機(jī) 103 放置在機(jī)床左后方，送粉器 101 為激光加工提供金屬粉末，水冷機(jī) 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(jìn)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(shí)現(xiàn)減材制造功能。
4 結(jié)束語
增材制造作為廢舊機(jī)床再制造關(guān)鍵工藝技術(shù)，可解決廢舊機(jī)床的主軸、導(dǎo)軌、齒輪副等關(guān)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(jī)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(dòng)廢舊機(jī)床再制造過程綠色化的進(jìn)程，進(jìn)一步推動(dòng)機(jī)床再制造產(chǎn)業(yè)化與規(guī)模化。