關(guān)于機(jī)器人技術(shù)在機(jī)械加工中的應(yīng)用

張演

摘 要 現(xiàn)如今，高速發(fā)展的工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)廣泛應(yīng)用在機(jī)械加工方面。本文首先簡(jiǎn)要分析了工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀，并據(jù)此探討總結(jié)了機(jī)器人技術(shù)加工體系存在的缺點(diǎn)，最后對(duì)其未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞 機(jī)器人技術(shù)；機(jī)械加工；應(yīng)用

中圖分類號(hào) TH16 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2095-6363（2017）14-0003-01

誕生于20世紀(jì)80年代初期的機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)得到了緩慢而長(zhǎng)期的發(fā)展。到20世紀(jì)90年代，在計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及微電子技術(shù)快速發(fā)展的基礎(chǔ)上，機(jī)器人技術(shù)也得到了高速的發(fā)展。如今，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)成為集各種先進(jìn)技術(shù)于一身的綜合性自動(dòng)化技術(shù)，有著先進(jìn)工業(yè)技術(shù)的軟硬件結(jié)合、高效益的特點(diǎn)，也是計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)、自動(dòng)化工廠以及柔性制造體系等現(xiàn)代化制造體系的主要構(gòu)成成分。當(dāng)今，擁有自動(dòng)化程度高、通用性、可編程、柔性好的工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)被大范圍使用在工業(yè)加工制造業(yè)。

1 機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用

20世紀(jì)60年代，美國(guó)研發(fā)出第一臺(tái)機(jī)器人——Unimate。隨后，工業(yè)機(jī)器人逐漸被應(yīng)用到汽車行業(yè)以及制造加工業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域，提升了產(chǎn)品的一致性和加工效率。我國(guó)對(duì)工業(yè)機(jī)器人的鉆研從起步至今已取得顯著的進(jìn)展，大體上把握了工業(yè)機(jī)器人的設(shè)計(jì)制造手段、機(jī)器人使用中單元以及生產(chǎn)線的制造等技術(shù)，研發(fā)出多種類的機(jī)器人，部分產(chǎn)品的技術(shù)水準(zhǔn)已屬于國(guó)際先進(jìn)水準(zhǔn)。近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，制造業(yè)的高速推進(jìn)，我國(guó)對(duì)作為自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)的重要構(gòu)成成分的工業(yè)機(jī)器人的需求劇烈，工業(yè)機(jī)器人已大范圍使用在噴涂、組裝、焊接、產(chǎn)品的檢測(cè)及測(cè)試、采集及搬運(yùn)等方面。在機(jī)械加工方面使用工業(yè)機(jī)器人能有效減少產(chǎn)品的成本以及廢品率，提升設(shè)備的整體利用率，降低人工，促進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新，提升競(jìng)爭(zhēng)力等。

2 機(jī)器人自動(dòng)化加工中的應(yīng)用及問(wèn)題

工業(yè)機(jī)器人可降低成本、提高效率而且柔性好，因此能夠代替?zhèn)鹘y(tǒng)機(jī)械加工中的自動(dòng)化加工設(shè)備。

2.1 軌跡規(guī)劃

在進(jìn)行機(jī)械加工生產(chǎn)時(shí)，為迎合生產(chǎn)過(guò)程工業(yè)機(jī)器人必須做完各種運(yùn)動(dòng)軌跡。進(jìn)行的各種運(yùn)動(dòng)軌跡對(duì)產(chǎn)品零件的形狀以及加工精度會(huì)產(chǎn)生直接的影響，所以為提成加工質(zhì)量，必須對(duì)工業(yè)機(jī)器人的軌跡規(guī)劃進(jìn)行由線及面，建立三維形象的研究。機(jī)械結(jié)構(gòu)通常有差異的機(jī)械加工比較復(fù)雜，因?yàn)楣I(yè)機(jī)器人擁有較高的自動(dòng)化水平，在應(yīng)用健全的CAD/CAM技術(shù)基礎(chǔ)上，加以計(jì)算機(jī)技術(shù)以及精密儀器的進(jìn)步，進(jìn)而規(guī)劃并優(yōu)化軌跡，能夠有效提升機(jī)械加工的質(zhì)量。

2.2 離線編程

作為可編程的機(jī)械設(shè)備，工業(yè)機(jī)器人的編程能力對(duì)其智能型以及靈活性有很大作用。示教編程過(guò)程復(fù)雜、低效，不能規(guī)劃復(fù)雜路徑；離線編程不使用機(jī)器人以及其控制系統(tǒng)，能夠依據(jù)零件的加工信息編程外部程序。其中，以Solidworks為基本的工業(yè)機(jī)器人離線編程系統(tǒng)可以集合精準(zhǔn)計(jì)算工業(yè)機(jī)器人的位置坐標(biāo)、自動(dòng)生成作業(yè)程序以及逆運(yùn)算的三大功能，而且能夠以運(yùn)動(dòng)仿真計(jì)算結(jié)果。在計(jì)算機(jī)技術(shù)的逐漸完善的過(guò)程中，其強(qiáng)大的計(jì)算能力以及圖形處理功能可以極大地促進(jìn)機(jī)器人機(jī)械加工離線編程能力的提升。

2.3 剛度和精度問(wèn)題

如今，高精度的加工任務(wù)已能夠使用高精度的數(shù)控機(jī)床實(shí)現(xiàn)。加工機(jī)器人有和機(jī)床一樣的功能，能夠用于機(jī)械的切削以及加工，其運(yùn)動(dòng)原則涉及到精度以及剛度的影響。手臂通常為懸臂梁細(xì)長(zhǎng)的傳統(tǒng)機(jī)器人缺乏整體剛性，而且其垂直于手臂載荷的承載能力很低。因此，傳統(tǒng)機(jī)器人難以實(shí)現(xiàn)對(duì)大型零件的加工。因?yàn)榇?lián)機(jī)器人在剛度上的水平不夠，所以工業(yè)機(jī)器人只能將軟材質(zhì)材料作為加工對(duì)象。另外，工業(yè)機(jī)器人的加工精度仍達(dá)不到機(jī)械加工復(fù)雜零件的精度要求。加工機(jī)器人急需要進(jìn)行機(jī)器人剛度以及精度方面的技術(shù)提升。

2.4 信息交換問(wèn)題

機(jī)器人是機(jī)器人自動(dòng)化加工體系的組成部分，不能夠單獨(dú)存在。加工機(jī)器人以及以加工機(jī)器人為核心的輔助機(jī)器人群體為機(jī)器人自動(dòng)化加工系統(tǒng)的硬件組成，涉及到上下料機(jī)器人、測(cè)量機(jī)器人、換刀機(jī)器人等以及集中控制機(jī)器人群的主控計(jì)算機(jī)。信息交換問(wèn)題廣泛存在于機(jī)器人之間、計(jì)算機(jī)與機(jī)器人之間、管理系統(tǒng)和與加工系統(tǒng)之間。如今，機(jī)械工廠中有著典型的信息溝通問(wèn)題。同時(shí)，機(jī)器人群之間沒有進(jìn)行通訊的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。因此，全球所有的機(jī)器人生產(chǎn)企業(yè)都需要加快進(jìn)行機(jī)器人語(yǔ)言的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)化。

2.5 工作范圍問(wèn)題

機(jī)器人手腕中點(diǎn)或者手臂終點(diǎn)所能觸及的全部點(diǎn)的集合即為機(jī)器人的工作范圍。機(jī)器人的工作范圍的大小以及形狀對(duì)任務(wù)完成度的意義重大。如果在進(jìn)行任務(wù)的過(guò)程中，存在機(jī)器人的手部不可以觸及的工作死區(qū)，就不可以完成預(yù)定任務(wù)。因?yàn)闄C(jī)器人的姿態(tài)能力以及移動(dòng)能力互相補(bǔ)充、關(guān)聯(lián)，所以對(duì)機(jī)器人作業(yè)空間的計(jì)算十分困難。因此，在開展機(jī)器人機(jī)械加工的過(guò)程中，需要考慮工作死區(qū)，避免其工作過(guò)程中出現(xiàn)碰撞或者干涉的問(wèn)題。

3 展望和總結(jié)

伴隨現(xiàn)代機(jī)器人技術(shù)的不斷進(jìn)步，我國(guó)工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用數(shù)量以及范圍持續(xù)快速增加，并大范圍地使用于機(jī)械加工領(lǐng)域。工業(yè)機(jī)器人的特點(diǎn)是具有較高自動(dòng)化程度、較好的柔性、所需較少成本，能夠進(jìn)行機(jī)械零部件、復(fù)雜模型和雕刻、大型材料的加工。另外，使用在數(shù)控領(lǐng)域較為先進(jìn)的CAD-CAM技術(shù)，工業(yè)機(jī)器人加工會(huì)自然而然地向機(jī)器人機(jī)械加工方面發(fā)展，其在軟件編程、加工以及應(yīng)用等領(lǐng)域也有了不同程度的應(yīng)用與發(fā)展。工業(yè)機(jī)器人相較于傳統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床，其用于機(jī)械加工方面時(shí)被規(guī)劃軌跡、離線編程、剛度及精度、信息交換以及工作范圍等因素的約束，需要進(jìn)一步提升其技術(shù)水平?？傊?，作為先進(jìn)制造手段的模范代表，工業(yè)機(jī)器人是工業(yè)向自動(dòng)化推進(jìn)的必然選擇。

4 結(jié)論

近年來(lái)，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)已取得了顯著的發(fā)展，和大多數(shù)傳統(tǒng)機(jī)床相比，將機(jī)器人使用在機(jī)械加工領(lǐng)域存在著明顯的自身優(yōu)點(diǎn)。伴隨著國(guó)內(nèi)外研究人員的不斷深入研究，為滿足市場(chǎng)產(chǎn)品要求，工業(yè)機(jī)器人會(huì)進(jìn)一步向智能化、高精度的方向進(jìn)步。因此，在之后的很短一段時(shí)間，并聯(lián)機(jī)床有極大可能將在部分專業(yè)領(lǐng)域科學(xué)有效地補(bǔ)充甚至替代傳統(tǒng)機(jī)床。

參考文獻(xiàn)

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