機(jī)器人在數(shù)控加工中的運(yùn)用探析

江蘇省常州技師學(xué)院 朱 驥

機(jī)械零部件加工制造過程中最關(guān)鍵的加工設(shè)備就是數(shù)控機(jī)床，決定著整體加工的質(zhì)量和效率。而在以往的使用過程中只是將這種數(shù)控機(jī)床當(dāng)作是單獨(dú)的一種加工方式，并沒有發(fā)揮出更大的作用。在各種信息技術(shù)飛速發(fā)展的影響下，工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)逐漸涉及到各個行業(yè)中，而數(shù)控機(jī)床在加工中的重要性也在逐漸凸顯出來。機(jī)器人主要用于工業(yè)機(jī)械加工，這個過程不需要人來完成較為繁瑣的加工內(nèi)容。在生產(chǎn)加工中使用機(jī)器人能夠很好地保障產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量以及效率，有效避免人工操作所出現(xiàn)的各種問題。

工業(yè)機(jī)器人結(jié)合了諸如計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和微電子學(xué)之類的先進(jìn)技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的判斷、推理、記憶、圖像識別和語言理解。因此，尖端科學(xué)技術(shù)的發(fā)展必將促進(jìn)機(jī)器人技術(shù)的不斷發(fā)展。而隨著機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用的逐漸完善也會進(jìn)一步促進(jìn)整體科技的發(fā)展。而這種機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用也凸顯了一個國家整體的工業(yè)技術(shù)能力和水平。

1 機(jī)器人的主要特點(diǎn)

1.1 適應(yīng)性強(qiáng)

工業(yè)機(jī)器人通常只需要在不同的工作情況下更換一些機(jī)械零件，即可適應(yīng)許多不同類型的工作需求。

1.2 具有擬人化特征

工業(yè)機(jī)器人在步行，手臂，腰部旋轉(zhuǎn)和手腕方面與人類有許多相似之處。經(jīng)過計(jì)算機(jī)編程后，相應(yīng)的操作可以自動完成。工業(yè)機(jī)器人智能化之后，它將配備聽覺傳感器，視覺傳感器，負(fù)載傳感器和接觸傳感器，它們類似于人體的許多生物傳感器。

1.3 具有多個系統(tǒng)，多個領(lǐng)域和多個學(xué)科的特征

它們?nèi)诤狭宋㈦娮訉W(xué)和力學(xué)原理，被稱為機(jī)電一體化。最新的智能機(jī)器人是對傳統(tǒng)概念的進(jìn)一步發(fā)展。它不再局限于感測周圍環(huán)境的感測系統(tǒng)。它通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和微電子技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了更復(fù)雜的功能，例如判斷和推理，記憶，圖像識別和語言理解。

2 機(jī)器人在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用優(yōu)勢

（1）CNC機(jī)床在加工過程中能夠很好地控制零件的精密度，在開始加工之前進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)參數(shù)的設(shè)置，可以有效地補(bǔ)償在處理過程中產(chǎn)生的錯誤，并且可以順利進(jìn)行之后的高質(zhì)量加工。

（2）將CNC機(jī)床和機(jī)器人技術(shù)進(jìn)行結(jié)合使用，可以進(jìn)一步提高加工的質(zhì)量和效率。在實(shí)際加工中只需要按照實(shí)際需求選擇相應(yīng)的加工尺寸等來調(diào)整夾具，就可以生產(chǎn)出高質(zhì)量的各種產(chǎn)品，極大地縮短了整體的加工時間，有利于提高生產(chǎn)能效。

（3）NC編程語言機(jī)床程序選擇，該程序中的軟件應(yīng)用和相關(guān)程序模塊之間具有一致性。考慮到后期使用效果以及軟件的升級和維護(hù)，系統(tǒng)軟件程序共有13個軟件編程模塊，并提供了一個分析模塊，供機(jī)器人在CNC加工中進(jìn)行選擇和操作。

3 機(jī)器人在數(shù)控加工中的設(shè)計(jì)內(nèi)容

3.1 機(jī)器人整體設(shè)計(jì)

第一步主要是針對滑軌的設(shè)計(jì)，目的是實(shí)現(xiàn)零件運(yùn)輸，并且通過氣控進(jìn)行操作。在滑軌的兩側(cè)分別與筒倉和機(jī)器人的借口相連。供紙托盤通過氣控來控制滑軌運(yùn)行操作。同時結(jié)合所需要的形狀來進(jìn)行相應(yīng)毛坯的調(diào)整和選擇，而托盤的形狀需要與之相對應(yīng)，進(jìn)行鑲嵌，以確保將托盤放置在毛坯中。其中，進(jìn)紙盤的操作加工需要由機(jī)器人進(jìn)行控制管理，將需要加工的零件和托盤進(jìn)行移動加工。接著需要在機(jī)器人的第六軸尾部來安裝抓爪。該結(jié)構(gòu)為手動平行設(shè)計(jì)的V形凹槽，主要用于抓取各種圓柱形和矩形毛坯。各個抓爪需要保持一定的摩擦作用，所以在使用過程中需要粘上膠帶，目的是穩(wěn)定抓握整個零件。為了節(jié)省成本，安全門不會自動開關(guān)，門上的把手直接由機(jī)器人控制，安全門的開關(guān)都是用來進(jìn)行管理的。并且內(nèi)部的傳動操作也是需要進(jìn)行氣控，所以在整個機(jī)器中專門設(shè)置了3個氣體回路，也就是借助氣缸驅(qū)動進(jìn)行操控。這三個分別對應(yīng)的是滑軌、爪以及機(jī)床卡盤的三個氣缸。并且在運(yùn)行過程中是進(jìn)行聯(lián)動操作。實(shí)際的加工工作非常繁雜，壓力較大，因此在長期重復(fù)的高壓下進(jìn)行加工制造，難免會出現(xiàn)質(zhì)量問題。而這種機(jī)器人和CNC機(jī)床的聯(lián)合使用能夠很好地保障產(chǎn)品質(zhì)量。這種多軸加工操作主要是針對機(jī)床的動能，它可以同時控制四個或更多坐標(biāo)軸。此外，借助開關(guān)、傳感器等進(jìn)行綜合控制同樣可以來保證高效率高品質(zhì)的產(chǎn)品加工。可以說通過這種加工方式在提高生產(chǎn)效率緩解工作壓力的同時又很好地保障了產(chǎn)品的質(zhì)量。并且在美學(xué)和上光度也得到了改善，可以最大程度地滿足不同的生產(chǎn)要求。

3.2 機(jī)器人旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)

（1）腰部旋轉(zhuǎn)。在這一環(huán)節(jié)的旋轉(zhuǎn)中主要有兩種方式，都是在基座上部安裝電動機(jī)，只是在旋轉(zhuǎn)方式上存在差異，一種是通過聯(lián)軸器和齒輪來驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，另一種是通過諧波減速器之間促進(jìn)旋轉(zhuǎn)，其是直接作用在基座上旋轉(zhuǎn)。在對以上不同的旋轉(zhuǎn)方式進(jìn)行討論之后，最終確定了第二種方式，因?yàn)槠湓O(shè)計(jì)難度較低，易于操作管理，在一定程度上也可以提高機(jī)器人的控制精度。

（2）手臂旋轉(zhuǎn)。工業(yè)機(jī)器人的手臂由兩部分組成：大手臂和前臂。手臂有兩個旋轉(zhuǎn)選項(xiàng)。第一種方案是使用諧波減速器直接連接電動機(jī)和手臂，以驅(qū)動動臂和前臂旋轉(zhuǎn)。第二種方案是使用電動機(jī)來驅(qū)動諧波減速器旋轉(zhuǎn)。在減速器的減速作用下，機(jī)器人的前臂驅(qū)動聯(lián)動機(jī)構(gòu)完成動臂的旋轉(zhuǎn)。相比較而言這種方案本身的穩(wěn)定性更高。通過這種四連桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠有效地降低整體的重量，進(jìn)而提高穩(wěn)定性，可以滿足較大的工作空間需求。

（3）手腕間距。在該環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)中主要有三種選擇。首先是通過電動機(jī)來驅(qū)動諧波減速器推動腕間運(yùn)動。另一種是將電動機(jī)和齒輪進(jìn)行銜接，然后將其傳遞至前臂。前臂的前端改變旋轉(zhuǎn)方向，以驅(qū)動手腕進(jìn)行俯仰運(yùn)動。第三種解決方案是，電機(jī)驅(qū)動同步輪通過橡膠同步帶旋轉(zhuǎn)，并將動力傳遞到前臂的前端，以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人前臂的腕部俯仰運(yùn)動。

4 工業(yè)機(jī)器人在數(shù)控多軸加工中的應(yīng)用

機(jī)器人的應(yīng)用操作第一個優(yōu)勢就是將整體的加工精確度得到保障。通過同一個坐標(biāo)軸來對不同的環(huán)節(jié)進(jìn)行集中控制管理，在操作一次之后就可以有效保障穩(wěn)定加工，而且可以提高精度。其次，它可以減少固定裝置的數(shù)量和占地面積。但是在具體的操作過程中依然有各種不足。最常見的就是葉輪之間的碰撞影響，以及機(jī)器臂較短。通過常見的加工操作，應(yīng)該知道機(jī)器人手臂的角度是從0°到360°，這意味著可以將具體的數(shù)值進(jìn)行調(diào)整控制。當(dāng)機(jī)器臂較短時，需要對角度進(jìn)行分析調(diào)整，然后是相應(yīng)高度的調(diào)整。而這種調(diào)整并不是隨意的，需要按照相應(yīng)的設(shè)計(jì)需求進(jìn)行操作。不能隨意開機(jī)關(guān)機(jī)機(jī)器。工業(yè)機(jī)器人可以按照指定操作通過設(shè)置以后替代人工操作，其本質(zhì)上是已經(jīng)在工業(yè)上使用的機(jī)器人，并且具有以下特征。首先，對工業(yè)機(jī)器人可以設(shè)置程序。結(jié)合實(shí)際加工需求來進(jìn)行程序更改或調(diào)整。工業(yè)機(jī)器人可以充分發(fā)揮其多樣性，高效率和小批量等優(yōu)點(diǎn)，并成為整個制造環(huán)節(jié)中最關(guān)鍵的部分。另一種是適應(yīng)性，其主要是結(jié)合實(shí)際需求更換一些機(jī)械零件，以適應(yīng)許多不同類型的工作需求。工業(yè)機(jī)器人智能化后，將配備類似于人體許多生物傳感器的聽覺傳感器，視覺傳感器，負(fù)載傳感器和接觸傳感器。

5 工業(yè)機(jī)器人下數(shù)控加工應(yīng)用的發(fā)展策略

（1）注重專業(yè)人員的培養(yǎng)，提供更多優(yōu)質(zhì)的人才，為國內(nèi)整體工業(yè)科技水平的發(fā)展提供人才支持。這種機(jī)器人在工業(yè)中應(yīng)用需要非常專業(yè)的技術(shù)操作，非常復(fù)雜，難度較高，因此需要專業(yè)的高技術(shù)人才進(jìn)行管理。而這種工業(yè)機(jī)器人也在不斷的升級優(yōu)化。所以相關(guān)操作人員必須具備極高的專業(yè)能力，不僅可以保障當(dāng)前工作的順利完成，同時可以緊跟未來技術(shù)的不斷升級發(fā)展。所以這種高技術(shù)人才的培養(yǎng)是十分重要的，需要注重人才素質(zhì)管理水平。

（2）加大科技投入，通過科技創(chuàng)新促進(jìn)整體工業(yè)技術(shù)的提升發(fā)展。科技在整個工業(yè)生產(chǎn)中起到至關(guān)重要的作用，因此在引進(jìn)機(jī)器人數(shù)控技術(shù)之后更應(yīng)該注重這種科技水平的發(fā)展和提升。對于企業(yè)自身而言需要設(shè)立專門的科技部門進(jìn)行技術(shù)的研發(fā)升級，并引進(jìn)高技術(shù)人才來不斷提升自身的科技能力，推動整體工業(yè)技術(shù)的發(fā)展。其次，企業(yè)要加強(qiáng)與發(fā)達(dá)國家的合作，派遣人員出國留學(xué)。因此需要國家層面給予一定的支持和幫助。

（3）從政策層面提供扶持，優(yōu)化發(fā)展。外部政策環(huán)境同樣對機(jī)器數(shù)控技術(shù)的發(fā)展起到影響。工業(yè)的發(fā)展除了本身技術(shù)的支持以外還需要相關(guān)政策制度的幫助，才能在提升內(nèi)部技術(shù)的同時推動整個產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。所以國家應(yīng)更加注重政策傾斜，重視技術(shù)的升級發(fā)展，為工業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造良好的條件，并且優(yōu)化外部市場結(jié)構(gòu)，實(shí)施良性的市場競爭，幫助企業(yè)在技術(shù)升級的同時取得可持續(xù)發(fā)展。

結(jié)語：通過全文研究分析能夠發(fā)現(xiàn)針對機(jī)器人數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展和推廣，需要注重高技術(shù)人才的培養(yǎng)，從而推動整體工業(yè)技術(shù)的發(fā)展。國家政府需要更多的實(shí)施科技投入。通過科技創(chuàng)新，促進(jìn)這種加工技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展，給予足夠的支持，提供充足的資金，創(chuàng)造良好的發(fā)展環(huán)境，實(shí)施扶持性政策。除此之外，本文以針對車床進(jìn)行重點(diǎn)分析之后，引出了機(jī)器人在實(shí)際加工過程中的優(yōu)勢和作用。將兩種加工技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，能夠調(diào)整原有的加工方式，提高產(chǎn)品質(zhì)量，減少加工實(shí)際，緩解工作壓力，為企業(yè)提供更多優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的同時創(chuàng)造更高的收益。