機械制造中智能機器人數(shù)控技術(shù)的運用研究

1.李兆祥 2.淡書橋

（1.河南工業(yè)技師學(xué)院，河南 鄭州 450007；2.河南職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州 450007）

一、智能機器人數(shù)控技術(shù)的優(yōu)勢

（一）生產(chǎn)精度高

智能機器人數(shù)控技術(shù)在機械制造行業(yè)中受到廣泛的歡迎，其重要原因就是提升了機械制造生產(chǎn)的精確度。在傳統(tǒng)的機械加工中由人工來控制車床，使得機械加工受到人為因素的干擾，加工過程不穩(wěn)定，生產(chǎn)精度不高。采用智能機器人數(shù)控技術(shù)后，作業(yè)人員通過設(shè)置相關(guān)的生產(chǎn)加工參數(shù)，就可以實現(xiàn)機械精準加工，讓制造精度提高到了微米或納米級別。

（二）生產(chǎn)效率高

利用智能機器人數(shù)控技術(shù)，只需要通過設(shè)置不同加工零件的生產(chǎn)參數(shù)就能夠?qū)崿F(xiàn)零件的批量生產(chǎn)。另外，通過更改生產(chǎn)參數(shù)，就可以直接實現(xiàn)另類零件的加工，大大減少了機械制造的加工間歇，從而提升了機械制造的生產(chǎn)效率。

（三）工藝流程完善

在傳統(tǒng)的機械制造過程中，每個零件的生產(chǎn)都需要耗費大量的人力和物力，機械制造企業(yè)需要根據(jù)零件的特性來制定不同的生產(chǎn)工藝流程。但是引入智能機器人數(shù)控技術(shù)之后，通過選擇相應(yīng)的產(chǎn)品參數(shù)，就可以實現(xiàn)不同種類的零件生產(chǎn)加工，大大簡化了工藝流程，縮減了繁瑣的生產(chǎn)環(huán)節(jié)。

（四）技術(shù)力量雄厚

在傳統(tǒng)的機械制造中，實現(xiàn)不同規(guī)格的零件加工，需要改變加工車床，不僅會增加機械制造成本，而且還會造成生產(chǎn)加工難以持續(xù)性開展。而智能機器人數(shù)控技術(shù)具有雄厚的技術(shù)儲備力量，通過數(shù)控技術(shù)參數(shù)的優(yōu)化就可以實現(xiàn)機械制造水平的革新。這種技術(shù)的革新不需要中途停止加工，可以合理利用空余時間，確保機械制造的連續(xù)性。

二、機械制造中智能機器人數(shù)控技術(shù)的運用

（一）零件加工

隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，人們對機械制造水平的要求越來越高，但由于傳統(tǒng)機械加工對人的依賴程度很大，當處于惡劣的生產(chǎn)環(huán)境時，機械加工就無法正常開展。隨著智能機器人數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用，外部受控機器人為傳感型機器人，可以將外部制造信息直接反饋給操作人員，操作人員可以根據(jù)傳感型機器人反饋的生產(chǎn)信息作出指令。例如，在加工一個半徑為100的金屬圓柱體，圓柱體的上底面要挖出四個半圓形的凹槽，半圓形的圓心就是上底面的圓心，因此，可以假設(shè)上底面的圓心為（100，50），那么利用傳感型智能機器人宏程序就可以控制加工零件參數(shù)，完成金屬圓柱體的加零件加工。

（二）規(guī)劃軌跡

在機械加工中，提高零件精準度的關(guān)鍵工序就是拋光。在傳統(tǒng)機械加工中，零件的拋光基本上都是人工操作的，很容易出現(xiàn)誤差，因此零件的精準度不太穩(wěn)定，還容易造成零件的損壞。利用智能機器人數(shù)控技術(shù)來完成零件拋光工序，可以采用固定的拋光工序，提供了零件的統(tǒng)一性，也避免了零件的損壞，大大節(jié)省了生產(chǎn)成本。在零件拋光過程中，操作人員通過交互性機器人進行拋光軌跡的規(guī)劃，然后利用計算機系統(tǒng)完成人機對話，下達拋光指令，從而使得車床按照軌跡規(guī)劃進行拋光。例如，在機械制造加工過程中，作業(yè)人員可以根據(jù)CAM軟件和自動拋光系統(tǒng)，對加工零件的外表和型腔進行掃描，獲得零件的表層信息。結(jié)合零件加工的成品信息，發(fā)揮出輔助設(shè)備的映射功能，自動生成數(shù)控加工運動軌跡，將人工拋光過程轉(zhuǎn)變成機器人拋光。

（三）激光測量

隨著機械制造技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對零件精準度的要求越來越高，迫使機械制造設(shè)備也朝著精細化方向發(fā)展。機械制造中的智能機器人除了傳感型、交互型，還有自主型。自主型機器人的優(yōu)勢非常明顯，具有很好的交互性和適應(yīng)性，能夠自發(fā)控制驅(qū)動器，識別圖像信息，處理傳感型機器人傳來的數(shù)據(jù)信息，因此自主型機器人用于機械制造，可以更大限度地代替人力資源，實現(xiàn)機械制造智能化。例如，在實現(xiàn)機械加工精細化發(fā)展過程中，應(yīng)用激光測量是不可避免的。利用智能機器人數(shù)控技術(shù)可以充分發(fā)揮自主機器人的圖像識別和數(shù)據(jù)處理功能，將零件的尺寸信息準確地呈現(xiàn)在作業(yè)人員面前，比如零件的直徑、密度、垂直度等。

（四）離線編程

自主型智能機器人的顯著特點就是自主性和適應(yīng)性，其中自主性主要體現(xiàn)在其不用借助外部的力量，就可以自主完成加工任務(wù)；適應(yīng)性主要體現(xiàn)在其可以根據(jù)外部條件的變化來調(diào)整加工參數(shù)，具有很強處理突發(fā)事件的能力。隨著機械制造行業(yè)的不斷發(fā)展，零件規(guī)格變得越來越復(fù)雜，設(shè)計越來越精巧，因此傳統(tǒng)的機械加工技術(shù)已經(jīng)完全無法滿足復(fù)雜性的需求，傳統(tǒng)機械加工技術(shù)已經(jīng)慢慢被數(shù)控技術(shù)所取代。離線編程就是機械加工智能化發(fā)展的主要體現(xiàn)，智能機器人可以將CAD圖形與離線編程的CAD信息結(jié)合起來完成單元設(shè)計，對3D、4D工業(yè)零件進行加工處理。

（五）剛度優(yōu)化

對于零件而言，除了外觀尺寸以外，還需要加強零件的質(zhì)量控制，比如剛度、穩(wěn)定性等。雖然目前傳統(tǒng)機械加工設(shè)備已經(jīng)被智能化機器人設(shè)備所取代，很大程度上改善了傳統(tǒng)機械加工的弊端，但是其對于零件的剛度的改善還具有一定的局限性。通過智能機器人的實時優(yōu)化，以辨別實驗的方式獲取了機器人的關(guān)節(jié)剛度以及關(guān)節(jié)角度、加工位置等信息，使得機器人末端的剛度橢球可以代加工的曲面法矢量作為指標，通過計算機系統(tǒng)的遺傳算法來控制機器人的姿態(tài)，從而實現(xiàn)了剛度的精準控制。

三、結(jié)語

機械制造行業(yè)的智能化發(fā)展對我國機械制造水平提升具有不可或缺的作用，智能機械人數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用很大程度上改善了機械加工的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)精準度，完善了機械加工工藝流程，加強了技術(shù)儲備力量。目前智能機器人應(yīng)該廣泛運用于機械制造中，例如零件加工、軌跡規(guī)劃、激光測量、離線編程、剛度優(yōu)化等，尤其是對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，精度要求高的零件生產(chǎn)中智能機器人數(shù)控技術(shù)優(yōu)勢非常明顯。未來隨著智能化技術(shù)的不斷革新，我國機械制造水平還將不斷提高，助力機械制造企業(yè)獲得良好的經(jīng)濟效益。