现有技术中，增材制造摒弃了传统的减材制造思想，通过增材的方式制造零件，不但可以缩短制作周期、减少材料使用，更能制造传统工艺无法制造的复杂结构[1-3]。增材制造技术不需要传统的刀具和夹具以及多道加工工序，在一台设备上可快速精密地制造出任意复杂形状的零件，从而实现了零件“自由制造”，解决了许多复杂结构零件的成形，并大大减少了加工工序，缩短了加工周期。
机床零部件的再制造是机床再制造中关键的环节[4-5]。而现有的再制造工艺技术，普遍存在能耗大、资源浪费严重，噪声大，加工过程切削液、粉尘、油雾等污染大等绿色问题。人们期望获得一种技术效果更好的增减材制造机床。
1 总体方案设计
本文所设计一种基于 VMC1100P 立式加工中心的增减材制造机床，如图 1 所示，包括床身 117、滑座及工作台 118、立柱 114、主轴箱 111、主轴箱罩 112、主轴头罩 113、拖链 109、数控系统 116、送粉器 101、激光器 102、水冷机 103、送粉管路 104、水管 105、光纤线路106、激光熔覆头 107、熔覆头罩 108、熔覆头法兰盘 110 等。

图 1 增减材制造机床结构原理示意简图
设备主体采用 VMC1100P 立式加工中心主体结构，立式框架布局，立柱 114 固定在床身上 117，主轴箱 111 能够沿立柱 114 上下移动实现 Z 向动作，滑座及工作台 118 沿床身 117纵向移动实现 Y 向动作，工作台沿滑座横向移动(X 向)的结构。床身 117 是整个机床的安装基础，立柱 114、滑座及工作台 118 都布置在床身 117 上，主轴箱 111 布置在立柱 114 上。基于ＶＭＣ1100Ｐ立式加工中心的结构、性能、精度，机床部分机械结构需进行升级改
造，包括电气控制系统改造，导轨防护改造，主轴箱罩 112 改造，设计制作熔覆头法兰盘 110， 升级拖链 109 容积及折弯半径，设计制作熔覆头罩 108 及主轴箱罩 112，以适用增材制造和减材制造功能的切换使用。
改造后的机床，通过增加 3D 打印元件及电气元件，实现机床和激光器的集成控制及联动控制，实现激光熔覆以及金属 3D 打印功能。
2 改造方案实施
拆解主轴箱罩 112，熔覆头法兰盘 110 在安装在主轴箱 111 左侧，激光熔覆头 107 安装在熔覆头法兰盘 110 上，激光熔覆头 107（型号：RC52）通过光纤线路 106 连接到激光器 102（型号：YLR-1000）上；送粉管路 104、水管 105 穿过升级后的拖链 109 连接到送粉器 101（型号：RC-PGF-D-2）、水冷机 103（型号：MCWL-50DTR）；水冷机 103 为激光器 102 和外光路系统提供循环的冷却水，带走激光器 102 在电光转换过程中产生的多余热量，带走外光路镜片所吸收的热量；数控系统 116（型号：FUNAC-OI-Mate）通过电线及电气元件连接机床三轴拖动、送粉器 101、水冷机 103、激光器 102，实现通过编程代码控制机床运动进行增减材制造。
3 增减材制造的实现
升级改造后的数控机床，采用光纤激光器作为光源，光纤传导作为外光路传导系统，通过 3D 打印软件及数控系统，实现机床和激光器的集成控制及联动控制。增材制造时，安装主轴头罩 113，防止粉末进入主轴锥孔，拆解熔覆头罩 108，激光熔覆头 107 随主轴箱 111 运动，数控系统驱动机床按照路径规划分层软件生成的代码运动，从而实现零件表面修复和金属 3D 打印。激光器 102 及送粉器 101 和水冷机 103 放置在机床左后方，送粉器 101 为激光加工提供金属粉末，水冷机 103 为激光器 102 和外光路系统提供循环的冷却水，带走激光器 102 在电光转换过程中产生的多余热量，带走外光路镜片所吸收的热量。用熔覆头罩 108 将激光熔覆头 107 罩住防止切削粉末进入激光熔覆头，拆卸主轴头罩 113，主轴锥孔中安装切削刀具， 可以实现减材制造功能。
4 结束语
增材制造作为废旧机床再制造关键工艺技术，可解决废旧机床的主轴、导轨、齿轮副等关键部件的工艺流程或工序环节绿色化程度不高的问题。减少废旧机床再制造的工艺流程与工序环节，降低刀具与夹具的消耗，缩短加工周期。从而推动废旧机床再制造过程绿色化的进程，进一步推动机床再制造产业化与规模化。