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機(jī)器人與機(jī)床集成應(yīng)用的現(xiàn)狀與問(wèn)題

發(fā)布日期:2022-04-27 點(diǎn)擊率:45

隨著我國(guó)裝備制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí),在市場(chǎng)需求和技術(shù)進(jìn)步雙重作用下,近幾年來(lái)工業(yè)機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床集成應(yīng)用發(fā)展很快,應(yīng)用的形式不斷擴(kuò)展,對(duì)當(dāng)前機(jī)床智能化潮流帶來(lái)新的推動(dòng)。

一、機(jī)器人與機(jī)床集成應(yīng)用的快速發(fā)展

權(quán)威的專業(yè)展覽會(huì)是反映一個(gè)行業(yè)總體情況和技術(shù)趨勢(shì)的最佳窗口。我們不妨從近三年來(lái)幾個(gè)國(guó)內(nèi)外知名機(jī)床展覽會(huì),看一下機(jī)器人與機(jī)床集成應(yīng)用的發(fā)展情況。

(一)CCMT2014展覽會(huì)的情況

該展會(huì)全稱是中國(guó)數(shù)控機(jī)床展覽會(huì),由中國(guó)機(jī)床工具工業(yè)協(xié)會(huì)于2014年2月24-28日在上海新國(guó)際博覽中心舉辦。展會(huì)上共展出64臺(tái)6關(guān)節(jié)機(jī)器人與機(jī)床集成應(yīng)用的案例,比上屆展會(huì)(CCMT2012)的31臺(tái)增加1倍之多,足以說(shuō)明當(dāng)前機(jī)器人與機(jī)床集成應(yīng)用的熱度。

在這次展會(huì)上,首次出現(xiàn)了機(jī)器人制造商、機(jī)器人集成商和機(jī)器人應(yīng)用企業(yè)齊聚的場(chǎng)面。展出自行制造機(jī)器人的機(jī)床企業(yè),也由上屆3家增至7家,分別是:廣州數(shù)控、南京埃斯頓、大連機(jī)床、華中數(shù)控、大連光洋、北村機(jī)床、成都廣泰等,其中有4家原來(lái)的主營(yíng)業(yè)務(wù)是數(shù)控系統(tǒng)。

展會(huì)上引人注目的,還有秦川機(jī)床集團(tuán)展出自行開(kāi)發(fā)研制的機(jī)器人專用RV減速器,以及大連光洋展出了具備刀庫(kù)和電主軸的銑削機(jī)器人,這使機(jī)器人本身演變成了一臺(tái)加工中心。

(二)EMO2013歐洲機(jī)床展覽會(huì)的情況

該展會(huì)由歐洲機(jī)床工業(yè)合作委員會(huì)于2013年9月16-21日在德國(guó)漢諾威舉辦,其眾多工業(yè)機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床集成應(yīng)用案例成為展會(huì)一大亮點(diǎn)。特別是KUKA公司與SIEMENS公司聯(lián)合舉行新聞發(fā)布會(huì),宣布雙方將展開(kāi)全面業(yè)務(wù)合作,共同推進(jìn)“工業(yè)4.0”的智能自動(dòng)化解決方案,成為展會(huì)的一個(gè)重要事件。在CCMT2014展會(huì)上,這兩家就已經(jīng)進(jìn)行了機(jī)器人與機(jī)床集成應(yīng)用的聯(lián)合展示。

在展會(huì)上,機(jī)器人與機(jī)床集成應(yīng)用的展示比比皆是。例如,DMG MORI公司展出了工業(yè)機(jī)器人上下料等多種自動(dòng)化加工解決方案。SPINNER公司展出的6臺(tái)數(shù)控車床展品,都有機(jī)器人上下料。MAZAK、OKUMA、EMAG、大連機(jī)床集團(tuán)等公司也展出了機(jī)器人與機(jī)床集成應(yīng)用的展品。

(三)IMTS2012展覽會(huì)的情況

該展會(huì)由美國(guó)機(jī)械制造技術(shù)協(xié)會(huì)于2012年9月10-15日在美國(guó)芝加哥舉辦。在該展會(huì)上,工業(yè)機(jī)器人的參展陣容空前壯觀,全球四大機(jī)器人制造商KUKA、ABB、YASKAWA(安川)、FANUC均高調(diào)亮相,展出了數(shù)量眾多,規(guī)格、用途各異的機(jī)器人展品。其中,F(xiàn)ANUC公司不僅展出了焊接機(jī)器人、搬運(yùn)重量達(dá)1350kg的搬運(yùn)機(jī)器人,還在現(xiàn)場(chǎng)演示4臺(tái)鉆削中心和兩臺(tái)機(jī)器人組成的柔性制造單元;KUKA公司則在展臺(tái)的中心位置展示了一臺(tái)切削機(jī)器人。其他參展機(jī)器人廠家更是不勝枚舉。

國(guó)際知名的機(jī)床制造商DMG MORI、MAKINO、MAZAK、OKUMA、斯來(lái)福臨、大連機(jī)床等許多機(jī)床制造商也紛紛展示數(shù)控機(jī)床與工業(yè)機(jī)器人組成的柔性單元,??怂箍担℉exagon)展示了機(jī)器人在測(cè)量方面的應(yīng)用,Weldon Solution公司展示了機(jī)器人在分揀方面的應(yīng)用。

從以上3個(gè)知名機(jī)床展,我們可以清楚地看到工業(yè)機(jī)器人正大踏步走進(jìn)機(jī)床領(lǐng)域,并與機(jī)床結(jié)合在一起,為用戶提供各種個(gè)性化的智能制造裝備。

形成這種快速發(fā)展趨勢(shì)的原因,固然與我國(guó)工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)帶來(lái)的引領(lǐng)和催化作用、我國(guó)人力成本的快速提高、工業(yè)機(jī)器人價(jià)格降低與性能提高這些普遍因素有很大關(guān)系,同時(shí)也有機(jī)床領(lǐng)域的特殊原因,一是當(dāng)前隨著機(jī)床數(shù)控技術(shù)的不斷完善,各種自動(dòng)檢測(cè)、動(dòng)態(tài)補(bǔ)償技術(shù)的成熟,機(jī)床技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入智能化新階段,機(jī)器人的加入只是起到了一種推波助瀾的作用;二是機(jī)器人與機(jī)床的集成應(yīng)用還具有一些特殊優(yōu)勢(shì),例如,機(jī)床密度加大,廠房利用率提高;輔助時(shí)間縮短,提高機(jī)床工作效率;操作精確性和可重復(fù)性比自然人高; 工傷的可能性大為減少;可長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作,而沒(méi)有情緒問(wèn)題和情感需求,等等。

二、機(jī)器人與機(jī)床集成應(yīng)用的主要形式

在焊接、搬運(yùn)、碼垛、裝配等大多數(shù)應(yīng)用領(lǐng)域里,工業(yè)機(jī)器人是作為主機(jī)使用的。與此不同,與機(jī)床配套的機(jī)器人一般是作為輔機(jī)來(lái)發(fā)揮作用的。當(dāng)前具體的應(yīng)用形式主要有:

1、單機(jī)上下料單機(jī)上下料是機(jī)器人在機(jī)床上最典型和最成熟的應(yīng)用。它比人工上下料更準(zhǔn)確、迅速、安全。對(duì)生產(chǎn)批量大、加工時(shí)間短的中小零件加工,或需吊裝的笨重工件而言,機(jī)器人上下料的優(yōu)勢(shì)特別明顯。

機(jī)器人與機(jī)床的結(jié)構(gòu)關(guān)系分為機(jī)器人安裝于機(jī)床外部和與機(jī)床構(gòu)成一體兩種形式。安裝于機(jī)床外部的機(jī)器人,又分為固定式、移動(dòng)式和椼架式等類型。

2、機(jī)器人與機(jī)床組成柔性生產(chǎn)線由機(jī)器人承擔(dān)工件的工序轉(zhuǎn)換工作,與若干臺(tái)機(jī)床組成柔性生產(chǎn)線,是一種比單機(jī)上下料更為復(fù)雜也更有價(jià)值的一種應(yīng)用。在當(dāng)前工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)過(guò)程中,市場(chǎng)需求越來(lái)越旺盛。

在這種應(yīng)用場(chǎng)合下,機(jī)床布局取決于工藝路線和現(xiàn)場(chǎng)條件等因素。常見(jiàn)的有L型、U型和直線型、對(duì)面布置等形式,其中三臺(tái)數(shù)控機(jī)床構(gòu)成U型的布局,由一臺(tái)機(jī)器人在場(chǎng)地中間進(jìn)行工件轉(zhuǎn)換,這種布局十分緊湊。

3、與機(jī)床共同完成加工工藝過(guò)程機(jī)器人夾持工件在沖剪、折彎?rùn)C(jī)上實(shí)現(xiàn)加工操作,不僅是簡(jiǎn)單的上下料,而是替代了所有原來(lái)的人工作業(yè)。這比人工操作現(xiàn)加準(zhǔn)確和快速,從而提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。尤其是徹底解決了沖壓類機(jī)床的工傷隱患。

4、獨(dú)立完成加工工序給機(jī)器人裝上專用手爪,機(jī)器人可以完成切割、打磨、拋光、清洗等工藝過(guò)程。甚至于可以讓機(jī)器人直接夾持切削工具,對(duì)工件進(jìn)行打孔、攻絲、鉚接,也可以進(jìn)行切削加工。在這種情形下,機(jī)器人本身就是一臺(tái)機(jī)床。

具備視覺(jué)、觸覺(jué)的機(jī)器人可以用于組裝、零件分選等復(fù)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(jī)器人裝備特殊手爪,可用于高溫環(huán)境下作業(yè)的鑄造、鍛造機(jī)械,完成取鐵水、澆注、上下熱毛坯、更換熱態(tài)的模具等人工難以直接完成的工作。

工業(yè)機(jī)器人是一種高柔性的通用自動(dòng)化裝置,它的應(yīng)用場(chǎng)合和功能具有無(wú)限的拓展空間。在與機(jī)床的集成應(yīng)用中,工業(yè)機(jī)器人的具體應(yīng)用形式也在不斷發(fā)掘和創(chuàng)新當(dāng)中。

三、國(guó)內(nèi)機(jī)床企業(yè)研制與應(yīng)用機(jī)器人的情況

由于工業(yè)機(jī)器人在原理和結(jié)構(gòu)上與數(shù)控機(jī)床有很多相似之處,都是由數(shù)控系統(tǒng)控制、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng),實(shí)現(xiàn)精確位置移動(dòng)的自動(dòng)裝置,因此機(jī)床制造企業(yè)在工業(yè)機(jī)器人的研制上具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢(shì)。因此,國(guó)內(nèi)外有不少機(jī)器人制造企業(yè)都有機(jī)床制造的根底。

國(guó)內(nèi)也有一些目光敏銳的機(jī)床企業(yè),察覺(jué)到即將到來(lái)的巨大商機(jī),從幾年前就介入了工業(yè)機(jī)器人的研發(fā)制造。目前國(guó)內(nèi)開(kāi)展機(jī)器人研制的機(jī)床企業(yè)主要有兩類,一類是數(shù)控系統(tǒng)廠商,如廣數(shù)、華中數(shù)控、南京埃斯頓、大連光洋、成都廣泰;另一類是產(chǎn)品門類比較齊全,在承接成套項(xiàng)目上具有優(yōu)勢(shì)的主機(jī)廠,如大連機(jī)床、沈陽(yáng)機(jī)床、西安北村等。此外,以精密齒輪制造見(jiàn)長(zhǎng)的秦川機(jī)床集團(tuán),經(jīng)過(guò)多年刻苦攻關(guān),成功研制出了機(jī)器人專用的RV減速器,并已開(kāi)始走向產(chǎn)業(yè)化。

這些企業(yè)中,廣州數(shù)控和南京埃斯頓已經(jīng)進(jìn)入國(guó)內(nèi)工業(yè)機(jī)器人的主要生產(chǎn)廠家行列,具有相當(dāng)?shù)闹群陀绊懥?。廣州數(shù)控起步研制工業(yè)機(jī)器人已有六、七年時(shí)間,現(xiàn)在已經(jīng)具有1000臺(tái)的生產(chǎn)能力,在機(jī)床應(yīng)用方面也積累了很多成功案例。南京埃斯頓則更側(cè)重于機(jī)器人在成形機(jī)床上的應(yīng)用。

四、目前需關(guān)注和解決的一些問(wèn)題

目前國(guó)內(nèi)企業(yè)在機(jī)床上應(yīng)用機(jī)器人還處于起步階段,許多理論和實(shí)踐問(wèn)題還沒(méi)有充分認(rèn)識(shí)與解決。例如最多見(jiàn)的應(yīng)用形式還是將機(jī)床和機(jī)器人簡(jiǎn)單地組合在一起,各自使用一套控制系統(tǒng)。要充分發(fā)揮機(jī)器人與機(jī)床集成應(yīng)用的優(yōu)勢(shì),還需做出不懈努力。

1、機(jī)床企業(yè)研制機(jī)器人應(yīng)充分發(fā)揮產(chǎn)業(yè)相關(guān)的固有優(yōu)勢(shì),樹(shù)立更高的發(fā)展目標(biāo)。從基礎(chǔ)理論的研究與應(yīng)用,到制造與裝配工藝的完善,到減速器、伺服電機(jī)等基礎(chǔ)零部件的突破,不斷努力,為提升國(guó)產(chǎn)機(jī)器人的水平和質(zhì)量做出貢獻(xiàn)。

2、為促進(jìn)機(jī)床與機(jī)器人集成應(yīng)用水平的提升,應(yīng)加緊相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的研究與制定。在這一領(lǐng)域,對(duì)機(jī)床和機(jī)器人的控制系統(tǒng)和機(jī)械結(jié)構(gòu)都有一些特殊要求,需要通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的制定進(jìn)行規(guī)范。

3、應(yīng)積極開(kāi)展機(jī)器人專門人才的培養(yǎng)和相關(guān)知識(shí)的普及。由于是新興產(chǎn)業(yè),機(jī)器人的研制和應(yīng)用人才都很稀缺。特別是應(yīng)用方面,目前在國(guó)內(nèi),無(wú)論是機(jī)器人集成商還是用戶,知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)還不同程度地匱乏,往往因此導(dǎo)致項(xiàng)目的挫折和失敗。

4、與機(jī)器人協(xié)同工作的機(jī)床應(yīng)具有足夠的自動(dòng)化功能。例如加工精度的自動(dòng)檢測(cè)、刀具磨損情況的自動(dòng)檢測(cè)與補(bǔ)償及刀具的自動(dòng)更換等,從而保證柔性工作單元的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。

5、對(duì)協(xié)同工作的機(jī)器人和機(jī)床應(yīng)進(jìn)行聯(lián)合設(shè)計(jì),分別進(jìn)行必要的適應(yīng)性改變。這里不僅有機(jī)械結(jié)構(gòu)(例如防護(hù)結(jié)構(gòu))的改變,也有控制系統(tǒng)的整合、各類傳感器的布置等,從而形成一個(gè)空間布局統(tǒng)一合理、功能相互協(xié)調(diào)的有機(jī)整體。

鑒于機(jī)器人研制以及與機(jī)床集成應(yīng)用的發(fā)展現(xiàn)狀,相關(guān)企業(yè)應(yīng)建立有效的組織聯(lián)絡(luò)機(jī)制,以加強(qiáng)溝通與合作,充分做到資源共享與優(yōu)勢(shì)互補(bǔ),及時(shí)建立必要的技術(shù)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn),形成產(chǎn)業(yè)發(fā)展的合力。這對(duì)我國(guó)機(jī)床工具行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)也必將起到有益的推動(dòng)作用。

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