工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在機(jī)械制造中的應(yīng)用研究

張 傳

（撫順礦業(yè)集團(tuán)技師學(xué)院，遼寧 撫順 113008）

工業(yè)革命的興起，使得比較單一的人類勞動逐漸被各種各樣的機(jī)械設(shè)備代替，進(jìn)而推動了人類社會向前發(fā)展，同時也為人類社會創(chuàng)造出巨大的經(jīng)濟(jì)利益。隨著工業(yè)4.0的到來，機(jī)械加工技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)、機(jī)電一體化技術(shù)交叉結(jié)合，進(jìn)一步提高了生產(chǎn)效率和機(jī)械利用率，為各行各業(yè)的發(fā)展起到了極大的推動作用。工業(yè)機(jī)器人可以代替人類進(jìn)行一些繁重、勞動強(qiáng)度較大的工作，還可以在工作環(huán)境比較惡劣、比較危險的地方。如焊接、碼垛、CNC上下料、噴涂和大型鑄造等方面有較為廣泛的應(yīng)用。

隨著工業(yè)機(jī)器人制造技術(shù)的進(jìn)步，我國由汽車大國向強(qiáng)國邁進(jìn)。接下來還需要不斷提升加工手段，提高產(chǎn)品質(zhì)量，增加企業(yè)競爭力，工業(yè)機(jī)器人前景巨大。工業(yè)機(jī)器人的使用數(shù)量作為衡量一個企業(yè)生產(chǎn)力水平和制造水平的標(biāo)志，也逐漸成為不可或缺的加工工具。目前，絕大數(shù)企業(yè)面臨著人工成本較高、環(huán)境污染等問題的困擾，而工業(yè)機(jī)器人能很好的解決上述問題，并呈擴(kuò)大態(tài)勢。我國加工制造業(yè)的飛速發(fā)展，對工業(yè)機(jī)器人的需求也急劇增加，對于機(jī)器人的操作者的數(shù)量也是呈擴(kuò)大趨勢。

工業(yè)機(jī)器人作為一種集多先進(jìn)技術(shù)于一體的自動化裝備，體現(xiàn)了現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的高效益、軟硬件結(jié)合等特點(diǎn)，成為柔性制造系統(tǒng)、自動化工廠、計算機(jī)集成制造系統(tǒng)等現(xiàn)代化制造系統(tǒng)的重要組成部分。目前，工業(yè)機(jī)器人具有柔性好、自動化程度高、可編程性、通用性等特點(diǎn)，已經(jīng)廣泛運(yùn)用到工業(yè)加工制造的各個方面[1-4]。

1 工業(yè)機(jī)器人

20世紀(jì)40年代，美國戴沃爾最初提出了工業(yè)機(jī)器人的概念并申請了專利，這是工業(yè)機(jī)器人的雛形，為近代工業(yè)機(jī)器人的發(fā)明和設(shè)計提供了寶貴的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗。我國工業(yè)機(jī)器人從70年代初期開始起步，

伴隨著工業(yè)革命的興起，國家對工業(yè)機(jī)器人的投資逐步加大，開始對機(jī)器人的主要環(huán)節(jié)和部件進(jìn)行攻關(guān)，推出了焊接和噴涂機(jī)器人系列。

1.1 概念

工業(yè)機(jī)器人是面向工業(yè)領(lǐng)域的多自由度的機(jī)器人，是綜合了計算機(jī)技術(shù)、最優(yōu)化控制技術(shù)、自動檢測識別技術(shù)的高科技的產(chǎn)物。

1.2 關(guān)鍵技術(shù)

控制系統(tǒng)是機(jī)器人的重要組成部分，那么其關(guān)鍵技術(shù)決定了機(jī)器人在工作中相關(guān)指標(biāo)的精度。

1.2.1 開放式硬件系統(tǒng)

采用開放式CPU計算模塊，分為示教器、控制器、光電耦合單元、PLC控制單元等。示教器和控制器通過串口總線進(jìn)行通訊，控制單元和PLC控制單元用來規(guī)劃機(jī)器人運(yùn)動路徑、姿態(tài)、補(bǔ)償?shù)拳h(huán)節(jié)。

1.2.2 開放式軟件系統(tǒng)

完善的軟件系統(tǒng)是衡量一套機(jī)器人系統(tǒng)能夠工作的前提。通用的軟件系統(tǒng)都是基于Linux，采用開放式和模塊式設(shè)計，根據(jù)不同的功能要求，將軟件系統(tǒng)分為驅(qū)動層、核心層和應(yīng)用層。

1.2.3 機(jī)器人故障自診斷系統(tǒng)

通過設(shè)定代碼的方式，機(jī)器人系統(tǒng)根據(jù)反饋回來的信息以代碼的形式顯示出來，提示操作者進(jìn)行相關(guān)的維護(hù)。

1.2.4 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

由機(jī)器人單一控制向機(jī)器人流水線發(fā)展已經(jīng)成為趨勢，而網(wǎng)絡(luò)是必不可少的環(huán)節(jié)，通過云終端等聯(lián)網(wǎng)功能，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的遠(yuǎn)程監(jiān)控[5-7]。

2 機(jī)械制造中的應(yīng)用

工業(yè)機(jī)器人與數(shù)控技術(shù)的結(jié)合是現(xiàn)在比較流行的控制方案，如CNC上、下料，這是一種減材加工制造技術(shù)。

2.1 CNC上下料

主要實(shí)現(xiàn)機(jī)床制造過程的完全自動化，工件上料、下料、工件翻轉(zhuǎn)、順序改變等。傳統(tǒng)的加工是由操作者人工上下料，使人工強(qiáng)度增加，容易產(chǎn)生工傷事故，如果設(shè)計到產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整，人工上下料效率低下，產(chǎn)品的質(zhì)量得不到保證，圖1所示。

圖1 機(jī)械制造流程

2.2 工業(yè)機(jī)器人與數(shù)控系統(tǒng)結(jié)合的優(yōu)點(diǎn)

2.2.1 提高生產(chǎn)效率

機(jī)械加工中，生產(chǎn)效率的提高取決于有效、合適的生產(chǎn)步驟。機(jī)械加工的步驟是固定的，機(jī)器人代替人工上下料，步驟是可以調(diào)節(jié)的，通過設(shè)定程序能有效的控制步驟，避免因人為而導(dǎo)致的影響。

2.2.2 生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的修改節(jié)約時間

傳統(tǒng)加工工藝的修改，通常經(jīng)過反復(fù)加工試驗、操作者的培訓(xùn)等環(huán)節(jié)，浪費(fèi)不少時間。使用工業(yè)機(jī)器人上下料，只需要修改機(jī)器人運(yùn)動軌跡的程序，迅速的改變了生產(chǎn)工藝，節(jié)約了時間?？刂瞥绦虻男薷?，通常有兩種方法，編程輸入型和示教輸入型，編程輸入型就是根據(jù)工件加工的工藝編寫好程序，通過接口或網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將程序下載到控制器中，機(jī)器人按照編制的程序運(yùn)行。示教輸入型有兩種：一種是由操作者用手動控制器(示教操縱盒)，將指令信號傳給驅(qū)動系統(tǒng)，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)按要求的動作順序和運(yùn)動軌跡操演一遍；另一種是由操作者直接操作執(zhí)行機(jī)構(gòu)，按要求的動作順序和運(yùn)動軌跡操演一遍。

2.2.3 提高工件的質(zhì)量和合格品率

在整個加工過程中，操作者把機(jī)器人和數(shù)控系統(tǒng)的程序編制完成后，機(jī)器人獨(dú)立完成上下料，需提前設(shè)定好放料的位置坐標(biāo)，并保存在機(jī)器人控制器中，這樣機(jī)器人每次動作的速度、軌跡都是相同的，這樣保證了產(chǎn)品加工的精度和質(zhì)量，只需要開始試驗一批產(chǎn)品，如果生產(chǎn)出的試驗產(chǎn)品達(dá)標(biāo)，那么就可以批量生產(chǎn)，從而保證合格率。

3 結(jié)束語

隨著機(jī)器人技術(shù)的快速發(fā)展，國內(nèi)工業(yè)機(jī)器人安裝數(shù)量急劇增長，其在機(jī)械加工領(lǐng)域也得到了廣泛的應(yīng)用。工業(yè)機(jī)器人具有成本低、自動化程度高、柔性好、安裝空間小等優(yōu)點(diǎn)，可加工機(jī)械零部件、大型型材、復(fù)雜模型以及雕刻加工等等，同時利用數(shù)控領(lǐng)域的相對較成熟的CNC技術(shù)，機(jī)器人機(jī)械加工將成為工業(yè)機(jī)器人加工的一個簡便和必然選擇，在軟件編程、加工應(yīng)用等方面亦得到了一定的發(fā)展。工業(yè)機(jī)器人與機(jī)械制造技術(shù)相結(jié)合改變了機(jī)械加工的格局，尤其是CNC上下料幾乎可以應(yīng)用到各行各業(yè)的加工制造中。在不斷試驗中發(fā)現(xiàn)，工業(yè)機(jī)器人的使用具有操作簡單、生產(chǎn)步驟可以優(yōu)化、加工工件的質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)，同時減少了人工成本，降低了操作者的勞動強(qiáng)度，將操作者從單一、繁瑣的工作環(huán)境中解救出來。作為制造企業(yè)，擁有工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)線不僅提升加工手段，提高產(chǎn)品質(zhì)量，增加企業(yè)競爭力，而且能創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)效益。