工業(yè)機器人正大踏步走進(jìn)機床領(lǐng)域,并與機床結合在一起,為用戶(hù)提供各種個(gè)性化的智能制造裝備。目前國內企業(yè)在機床上應用機器人還處于起步階段,許多理論和實(shí)踐問(wèn)題還沒(méi)有充分認識與解決。
一、機器人與機床集成應用的快速發(fā)展
權威的專(zhuān)業(yè)展覽會(huì )是反映一個(gè)行業(yè)總體情況和技術(shù)趨勢的最佳窗口。
形成這種快速發(fā)展趨勢的原因,固然與我國工業(yè)轉型升級帶來(lái)的引領(lǐng)和催化作用、我國人力成本的快速提高、工業(yè)機器人價(jià)格降低與性能提高這些普遍因素有很大關(guān)系,同時(shí)也有機床領(lǐng)域的特殊原因,一是當前隨著(zhù)機床數控技術(shù)的不斷完善,各種自動(dòng)檢測、動(dòng)態(tài)補償技術(shù)的成熟,機床技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入智能化新階段,機器人的加入只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(yōu)勢,例如,機床密度加大,廠(chǎng)房利用率提高;輔助時(shí)間縮短,提高機床工作效率;操作精確性和可重復性比自然人高;工傷的可能性大為減少;可長(cháng)時(shí)間連續工作,而沒(méi)有情緒問(wèn)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(lǐng)域里,工業(yè)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(lái)發(fā)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(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,機器人上下料的優(yōu)勢特別明顯。
機器人與機床的結構關(guān)系分為機器人安裝于機床外部和與機床構成一體兩種形式。安裝于機床外部的機器人,又分為固定式、移動(dòng)式和?架式等類(lèi)型。
(2)機器人與機床組成柔性生產(chǎn)線(xiàn)
由機器人承擔工件的工序轉換工作,與若干臺機床組成柔性生產(chǎn)線(xiàn),是一種比單機上下料更為復雜也更有價(jià)值的一種應用。在當前工業(yè)轉型升級過(guò)程中,市場(chǎng)需求越來(lái)越旺盛。
在這種應用場(chǎng)合下,機床布局取決于工藝路線(xiàn)和現場(chǎng)條件等因素。常見(jiàn)的有L型、U型和直線(xiàn)型、對面布置等形式,其中三臺數控機床構成U型的布局,由一臺機器人在場(chǎng)地中間進(jìn)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(guò)程
機器人夾持工件在沖剪、折彎機上實(shí)現加工操作,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)。這比人工操作現加準確和快速,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(lèi)機床的工傷隱患。
(4)獨立完成加工工序
給機器人裝上專(zhuān)用手爪,機器人可以完成切割、打磨、拋光、清洗等工藝過(guò)程。甚至于可以讓機器人直接夾持切削工具,對工件進(jìn)行打孔、攻絲、鉚接,也可以進(jìn)行切削加工。在這種情形下,機器人本身就是一臺機床。
具備視覺(jué)、觸覺(jué)的機器人可以用于組裝、零件分選等復雜工序,即使是上下料,也可以不用帶有定位裝置的專(zhuān)用工位器具。
給機器人裝備特殊手爪,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)機器人是一種高柔性的通用自動(dòng)化裝置,它的應用場(chǎng)合和功能具有無(wú)限的拓展空間。在與機床的集成應用中,工業(yè)機器人的具體應用形式也在不斷發(fā)掘和創(chuàng )新當中。
三、國內機床企業(yè)研制與應用機器人的情況
由于工業(yè)機器人在原理和結構上與數控機床有很多相似之處,都是由數控系統控制、伺服電機驅動(dòng),實(shí)現精確位置移動(dòng)的自動(dòng)裝置,因此機床制造企業(yè)在工業(yè)機器人的研制上具有相當的優(yōu)勢。因此,國內外有不少機器人制造企業(yè)都有機床制造的根底。
國內也有一些目光敏銳的機床企業(yè),察覺(jué)到即將到來(lái)的巨大商機,從幾年前就介入了工業(yè)機器人的研發(fā)制造。目前國內開(kāi)展機器人研制的機床企業(yè)主要有兩類(lèi),一類(lèi)是數控系統廠(chǎng)商,如廣數、華中數控、南京埃斯頓、大連光洋、成都廣泰;另一類(lèi)是產(chǎn)品門(mén)類(lèi)比較齊全,在承接成套項目上具有優(yōu)勢的主機廠(chǎng),如大連機床、沈陽(yáng)機床、西安北村等。此外,以精密齒輪制造見(jiàn)長(cháng)的秦川機床集團,經(jīng)過(guò)多年刻苦攻關(guān),成功研制出了機器人專(zhuān)用的RV減速器,并已開(kāi)始走向產(chǎn)業(yè)化。
這些企業(yè)中,廣州數控和南京埃斯頓已經(jīng)進(jìn)入國內工業(yè)機器人的主要生產(chǎn)廠(chǎng)家行列,具有相當的知名度和影響力。廣州數控起步研制工業(yè)機器人已有六、七年時(shí)間,現在已經(jīng)具有1000臺的生產(chǎn)能力,在機床應用方面也積累了很多成功案例。南京埃斯頓則更側重于機器人在成形機床上的應用。
四、目前需關(guān)注和解決的一些問(wèn)題
目前國內企業(yè)在機床上應用機器人還處于起步階段,許多理論和實(shí)踐問(wèn)題還沒(méi)有充分認識與解決。例如最多見(jiàn)的應用形式還是將機床和機器人簡(jiǎn)單地組合在一起,各自使用一套控制系統。要充分發(fā)揮機器人與機床集成應用的優(yōu)勢,還需做出不懈努力。
(1)機床企業(yè)研制機器人應充分發(fā)揮產(chǎn)業(yè)相關(guān)的固有優(yōu)勢,樹(shù)立更高的發(fā)展目標
從基礎理論的研究與應用,到制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(chǎn)機器人的水平和質(zhì)量做出貢獻。
(2)為促進(jìn)機床與機器人集成應用水平的提升,應加緊相關(guān)的技術(shù)標準的研究與制定
在這一領(lǐng)域,對機床和機器人的控制系統和機械結構都有一些特殊要求,需要通過(guò)標準的制定進(jìn)行規范。
(3)應積極開(kāi)展機器人專(zhuān)門(mén)人才的培養和相關(guān)知識的普及
由于是新興產(chǎn)業(yè),機器人的研制和應用人才都很稀缺。特別是應用方面,目前在國內,無(wú)論是機器人集成商還是用戶(hù),知識和經(jīng)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(xié)同工作的機床應具有足夠的自動(dòng)化功能
例如加工精度的自動(dòng)檢測、刀具磨損情況的自動(dòng)檢測與補償及刀具的自動(dòng)更換等,從而保證柔性工作單元的連續穩定運行。
(5)對協(xié)同工作的機器人和機床應進(jìn)行聯(lián)合設計,分別進(jìn)行必要的適應性改變
這里不僅有機械結構(例如防護結構)的改變,也有控制系統的整合、各類(lèi)傳感器的布置等,從而形成一個(gè)空間布局統一合理、功能相互協(xié)調的有機整體。
鑒于機器人研制以及與機床集成應用的發(fā)展現狀,相關(guān)企業(yè)應建立有效的組織聯(lián)絡(luò )機制,以加強溝通與合作,充分做到資源共享與優(yōu)勢互補,及時(shí)建立必要的技術(shù)規范與標準,形成產(chǎn)業(yè)發(fā)展的合力。這對我國機床工具行業(yè)的轉型升級也必將起到有益的推動(dòng)作用。