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工業機器人與機床集成 智能製造迎來新時代

2020-06-10 14:27:44      點擊:

  工業機器人正大踏步走進機床領域,並與機床結合在一起,為用戶提供各種個性化的智能製造裝備。目前國內企業在機床上應用機器人還處於起步階段,許多理論和實踐問題還沒有充分認識與解決。

  一、機器人與機床集成應用的快速發展

  權威的專業展覽會是反映一個行業總體情況和技術趨勢的最佳窗口。

  形成這種快速發展趨勢的原因,固然與我國工業轉型升級帶來的引領和催化作用、我國人力成本的快速提高、工業機器人價格降低與性能提高這些普遍因素有很大關係,同時也有機床領域的特殊原因,一是當前隨著機床數控技術的不斷完善,各種自動檢測、動態補償技術的成熟,機床技術的發展已經進入智能化新階段,機器人的加入隻是起到了一種推波助瀾的作用;二是機器人與機床的集成應用還具有一些特殊優勢,例如,機床密度加大,廠房利用率提高;輔助時間縮短,提高機床工作效率;操作精確性和可重複性比自然人高;工傷的可能性大為減少;可長時間連續工作,而沒有情緒問題和情感需求,等等。

  二、機器人與機床集成應用的主要形式

  在焊接、搬運、碼垛、裝配等大多數應用領域裏,工業機器人是作為主機使用的。與此不同,與機床配套的機器人一般是作為輔機來發揮作用的。當前具體的應用形式主要有:

  (1)單機上下料

  單機上下料是機器人在機床上最典型和最成熟的應用。它比人工上下料更準確、迅速、安全。對生產批量大、加工時間短的中小零件加工,或需吊裝的笨重工件而言,機器人上下料的優勢特別明顯。

  機器人與機床的結構關係分為機器人安裝於機床外部和與機床構成一體兩種形式。安裝於機床外部的機器人,又分為固定式、移動式和?架式等類型。

  (2)機器人與機床組成柔性生產線

  由機器人承擔工件的工序轉換工作,與若幹台機床組成柔性生產線,是一種比單機上下料更為複雜也更有價值的一種應用。在當前工業轉型升級過程中,市場需求越來越旺盛。

  在這種應用場合下,機床布局取決於工藝路線和現場條件等因素。常見的有L型、U型和直線型、對麵布置等形式,其中三台數控機床構成U型的布局,由一台機器人在場地中間進行工件轉換,這種布局十分緊湊。

  (3)與機床共同完成加工工藝過程

  機器人夾持工件在衝剪、折彎機上實現加工操作,不僅是簡單的上下料,而是替代了所有原來的人工作業。這比人工操作現加準確和快速,從而提高了產品質量和生產效率。尤其是徹底解決了衝壓類機床的工傷隱患。

  (4)獨立完成加工工序

  給機器人裝上專用手爪,機器人可以完成切割、打磨、拋光、清洗等工藝過程。甚至於可以讓機器人直接夾持切削工具,對工件進行打孔、攻絲、鉚接,也可以進行切削加工。在這種情形下,機器人本身就是一台機床。

  具備視覺、觸覺的機器人可以用於組裝、零件分選等複雜工序,即使是上下料,也可以不用帶有定位裝置的專用工位器具。

  給機器人裝備特殊手爪,可用於高溫環境下作業的鑄造、鍛造機械,完成取鐵水、澆注、上下熱毛坯、更換熱態的模具等人工難以直接完成的工作。

  工業機器人是一種高柔性的通用自動化裝置,它的應用場合和功能具有無限的拓展空間。在與機床的集成應用中,工業機器人的具體應用形式也在不斷發掘和創新當中。

  三、國內機床企業研製與應用機器人的情況

  由於工業機器人在原理和結構上與數控機床有很多相似之處,都是由數控係統控製、伺服電機驅動,實現精確位置移動的自動裝置,因此機床製造企業在工業機器人的研製上具有相當的優勢。因此,國內外有不少機器人製造企業都有機床製造的根底。

  國內也有一些目光敏銳的機床企業,察覺到即將到來的巨大商機,從幾年前就介入了工業機器人的研發製造。目前國內開展機器人研製的機床企業主要有兩類,一類是數控係統廠商,如廣數、華中數控、南京埃斯頓、大連光洋、成都廣泰;另一類是產品門類比較齊全,在承接成套項目上具有優勢的主機廠,如大連機床、沈陽機床、西安北村等。此外,以精密齒輪製造見長的秦川機床集團,經過多年刻苦攻關,成功研製出了機器人專用的RV減速器,並已開始走向產業化。

  這些企業中,廣州數控和南京埃斯頓已經進入國內工業機器人的主要生產廠家行列,具有相當的知名度和影響力。廣州數控起步研製工業機器人已有六、七年時間,現在已經具有1000台的生產能力,在機床應用方麵也積累了很多成功案例。南京埃斯頓則更側重於機器人在成形機床上的應用。

  四、目前需關注和解決的一些問題

  目前國內企業在機床上應用機器人還處於起步階段,許多理論和實踐問題還沒有充分認識與解決。例如最多見的應用形式還是將機床和機器人簡單地組合在一起,各自使用一套控製係統。要充分發揮機器人與機床集成應用的優勢,還需做出不懈努力。

  (1)機床企業研製機器人應充分發揮產業相關的固有優勢,樹立更高的發展目標

  從基礎理論的研究與應用,到製造與裝配工藝的完善,到減速器、伺服電機等基礎零部件的突破,不斷努力,為提升國產機器人的水平和質量做出貢獻。

  (2)為促進機床與機器人集成應用水平的提升,應加緊相關的技術標準的研究與製定

  在這一領域,對機床和機器人的控製係統和機械結構都有一些特殊要求,需要通過標準的製定進行規範。

  (3)應積極開展機器人專門人才的培養和相關知識的普及

  由於是新興產業,機器人的研製和應用人才都很稀缺。特別是應用方麵,目前在國內,無論是機器人集成商還是用戶,知識和經驗還不同程度地匱乏,往往因此導致項目的挫折和失敗。

  (4)與機器人協同工作的機床應具有足夠的自動化功能

  例如加工精度的自動檢測、刀具磨損情況的自動檢測與補償及刀具的自動更換等,從而保證柔性工作單元的連續穩定運行。

  (5)對協同工作的機器人和機床應進行聯合設計,分別進行必要的適應性改變

  這裏不僅有機械結構(例如防護結構)的改變,也有控製係統的整合、各類傳感器的布置等,從而形成一個空間布局統一合理、功能相互協調的有機整體。

  鑒於機器人研製以及與機床集成應用的發展現狀,相關企業應建立有效的組織聯絡機製,以加強溝通與合作,充分做到資源共享與優勢互補,及時建立必要的技術規範與標準,形成產業發展的合力。這對我國機床工具行業的轉型升級也必將起到有益的推動作用。(來源:機經網

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