機(jī)械制造行業(yè)中智能機(jī)器人數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用

翟昱堯 羅秋慧

摘要：在智能化技術(shù)不斷發(fā)展的影響之下，越來越多的行業(yè)和智能技術(shù)融合碰撞，傳統(tǒng)生產(chǎn)加工也逐漸邁入機(jī)械化領(lǐng)域，為了不斷提高生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，智能機(jī)器人逐漸和機(jī)械加工設(shè)備聯(lián)系在一起，通過精確檢測和數(shù)位校正的方式來優(yōu)化系統(tǒng)的實(shí)操，從而滿足不同企業(yè)中的加工需求，在降低生產(chǎn)成本的基礎(chǔ)上提升產(chǎn)品質(zhì)量。文章系統(tǒng)性地介紹機(jī)械制造與智能機(jī)器人的概念，結(jié)合數(shù)控生產(chǎn)的應(yīng)用優(yōu)勢，詳細(xì)分析智能機(jī)器人在生產(chǎn)加工中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：機(jī)械制造;智能機(jī)器人;數(shù)控技術(shù)

引言：

隨著社會(huì)技術(shù)的不斷發(fā)展和市場競爭的逐漸激烈，機(jī)械制造行業(yè)也在通過技術(shù)革新的方式加強(qiáng)對(duì)生產(chǎn)的改造與優(yōu)化，在產(chǎn)品的精度控制、三維設(shè)計(jì)等方面都有較好的提升。智能機(jī)器人的應(yīng)用能夠更好的改善傳統(tǒng)制造生產(chǎn)過程當(dāng)中不合理的地方，通過精確的計(jì)算操控加工設(shè)備的工序和路徑，對(duì)于產(chǎn)品品質(zhì)有了較好的提升。

一、機(jī)械制造與智能機(jī)器人的概述

智能機(jī)器人是智能時(shí)代下一種對(duì)于機(jī)械制造極具促進(jìn)作用的技術(shù)革新，在整體加工效率和自動(dòng)化運(yùn)行程度上都有明顯的提升，更好地改善了傳統(tǒng)加工當(dāng)中的不足。在智能機(jī)器人系統(tǒng)當(dāng)中需要提前編制好的程序規(guī)范作為生產(chǎn)參考，其中的CNC設(shè)備是主控結(jié)構(gòu)，對(duì)系統(tǒng)的I/O端口等施行有效控制，并和數(shù)控機(jī)床結(jié)合在一起，確保能夠有效實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的加工需求。在智能機(jī)器人系統(tǒng)當(dāng)中有許多校驗(yàn)結(jié)構(gòu)，包括了定位、速度等都可以輔助加工系統(tǒng)的有效應(yīng)用，不斷優(yōu)化加工系統(tǒng)的智能化水平。

二、數(shù)控生產(chǎn)應(yīng)用的優(yōu)勢性分析

（一）生產(chǎn)精度更高

智能機(jī)器人對(duì)于零件加工精細(xì)度的控制比傳統(tǒng)的生產(chǎn)過程更可靠性，且在一次參數(shù)設(shè)置好就可以完成批量加工，不需要重復(fù)進(jìn)行設(shè)備的調(diào)試與優(yōu)化，整批次產(chǎn)品的質(zhì)量可以達(dá)到相同的要求，隨時(shí)利用智能化控制的方式進(jìn)行定位的校正，在生產(chǎn)線路的運(yùn)維管理工作量上也有明顯的減輕。在進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)節(jié)時(shí)只需要簡單的變化設(shè)定程序內(nèi)的參數(shù)即可，車床和機(jī)械臂等能夠配合系統(tǒng)當(dāng)中的校正裝置和指令共同確定實(shí)際加工操作，且同一個(gè)智能機(jī)器人可以適用于不同的加工需求，整體的自適應(yīng)性程度更高，在建設(shè)成本投入方面也更具效益性。

（二）工藝流程完善

智能機(jī)器人的加工制造過程是一套完善且獨(dú)立的運(yùn)轉(zhuǎn)體系，從圖紙?jiān)O(shè)計(jì)到材料切割等都可以通過提前編制好的程序規(guī)范完成，整個(gè)過程完全依靠自動(dòng)化與數(shù)控完成，極少出現(xiàn)人工參與的情況，保證體系的自主性和獨(dú)立性。對(duì)于一些相對(duì)復(fù)雜的零件加工來說，應(yīng)用智能機(jī)器人能夠縮短在不同環(huán)節(jié)流轉(zhuǎn)之間產(chǎn)生的精力和成本的損耗，對(duì)于維護(hù)生產(chǎn)企業(yè)效益、優(yōu)化零件產(chǎn)品質(zhì)量等具有積極意義。在不同生產(chǎn)參數(shù)的調(diào)整優(yōu)化中，技術(shù)人員可以直接通過軟件編輯的方式予以改變，在生產(chǎn)體系的適配性和簡便性上有了明顯的優(yōu)化，更符合當(dāng)前機(jī)械加工行業(yè)激烈市場競爭的需求。

三、智能機(jī)器人的數(shù)控技術(shù)應(yīng)用

（一）機(jī)械零件加工

對(duì)于復(fù)雜零件和3D加工而言，傳統(tǒng)的生產(chǎn)技術(shù)中必須要經(jīng)歷反復(fù)調(diào)整和參數(shù)變更才能夠完成生產(chǎn)應(yīng)用，而智能機(jī)器人中的機(jī)器學(xué)習(xí)和軟件變成具有較好的適用效果。在智能機(jī)器人參與數(shù)控應(yīng)用時(shí)也能夠滿足生產(chǎn)加工當(dāng)中的各項(xiàng)要求，不斷促進(jìn)機(jī)械制造的現(xiàn)代化發(fā)展。在智能機(jī)器人的應(yīng)用當(dāng)中可以根據(jù)提前編制好的程序規(guī)范完成加工當(dāng)中的各項(xiàng)操作指令，且能夠適用于不同形制下的機(jī)械材料特征，減少了生產(chǎn)加工過程當(dāng)中出現(xiàn)損傷的概率[1]。如在進(jìn)行圓盤切割時(shí)只需要給出智能機(jī)器人圓心和半徑對(duì)應(yīng)的參數(shù)范圍就可以進(jìn)行切割加工，對(duì)于鋼板材料本身的形制特征沒有固定的要求，只要是滿足加工圓的面積的情況下都可以完成生產(chǎn)，且在尺寸變換設(shè)置需要進(jìn)行個(gè)別參數(shù)調(diào)整即可，整體操作與應(yīng)用更加簡便。

（二）規(guī)劃生產(chǎn)軌跡

為了保障機(jī)械加工的經(jīng)濟(jì)效益，必須要對(duì)現(xiàn)有的待加工材料予以充分利用，在有限的材料內(nèi)盡可能多切割制造。在應(yīng)用智能機(jī)器人時(shí)可以根據(jù)現(xiàn)有的材料特點(diǎn)和生產(chǎn)需求制定科學(xué)的生產(chǎn)軌跡，如在生產(chǎn)圓形零件時(shí)就可以運(yùn)用交錯(cuò)切割的方式更好地利用鋼材的面積，使其生產(chǎn)效率得到更高的提升。對(duì)于一些表面粗糙度有特殊要求的零件材料需要在切割操作完成后對(duì)其進(jìn)行拋光處理，不同應(yīng)用需求的器械材料拋光程度要求存在一定差異，特別是在一些需要進(jìn)行間隔操作的產(chǎn)品加工當(dāng)中也需要對(duì)生產(chǎn)軌跡進(jìn)行合理調(diào)控，確保不同的加工操作能夠形成良好匹配，在多重加工流程共同應(yīng)用下完成對(duì)復(fù)雜零件的加工生產(chǎn)[2]。生產(chǎn)柜子的調(diào)控之間還包括了加工次序的先后影響，必須要對(duì)每一道處理工序和生產(chǎn)效果進(jìn)行橫向?qū)Ρ确治龊蟠_定最佳方案。

（三）激光測量定位

在提升加工精度的過程當(dāng)中可以應(yīng)用一些更加精確的測量定位副輔助加工設(shè)備的生產(chǎn)進(jìn)行，使智能機(jī)器人的功能更加多元化。激光測距的工作原理是根據(jù)時(shí)間來推算激光折返行進(jìn)的路程，在這個(gè)測量過程當(dāng)中受到外界環(huán)境的干擾和影響程度更低，是一種可信度更高的測距定位方式。在智能機(jī)器人當(dāng)中安裝有專門的激光發(fā)射與檢測裝置，可以根據(jù)提前設(shè)定好的宏觀程序進(jìn)行測量和校準(zhǔn)，對(duì)于多次生產(chǎn)過程當(dāng)中產(chǎn)生的機(jī)器位置偏差等能夠及時(shí)進(jìn)行糾正，確保了同一批次產(chǎn)品的質(zhì)量的統(tǒng)一性[3]。在激光測量的應(yīng)用當(dāng)中還可以和零件質(zhì)檢結(jié)合在一起驗(yàn)證加工材料的尺寸、密度等結(jié)構(gòu)參數(shù)，通過校驗(yàn)的產(chǎn)品才能夠進(jìn)入到后續(xù)的打包運(yùn)輸過程，而不合格的產(chǎn)品則會(huì)經(jīng)過測量篩選后另做他用，對(duì)于維護(hù)機(jī)械加工產(chǎn)品質(zhì)量具有積極意義。

（四）離線編程控制

智能機(jī)器人在生產(chǎn)加工的應(yīng)用當(dāng)中對(duì)于提前編制好的程序規(guī)范有一定的依賴性，但通過反復(fù)調(diào)試和機(jī)器學(xué)習(xí)能夠有效提升其智能化和自適應(yīng)的水平，和其他機(jī)械加工的設(shè)備之間形成良好的配合。在不同的生產(chǎn)環(huán)境、加工需求影響之下，智能機(jī)器人可以根據(jù)提前錄入的CAD圖紙進(jìn)行有效識(shí)別，利用離線編程的方式進(jìn)行加工流程的細(xì)化與調(diào)控，確保能夠在任何生產(chǎn)狀態(tài)下完成高質(zhì)量的產(chǎn)品輸出[4]。離線編程的功能更適用于一些生產(chǎn)流程與要求較為復(fù)雜的機(jī)械零件，對(duì)于傳統(tǒng)的人工操控有更好的替代作用，也可以和生產(chǎn)線路當(dāng)中的中控平臺(tái)相互聯(lián)系在一起實(shí)現(xiàn)雙效監(jiān)督，進(jìn)一步為機(jī)械化生產(chǎn)和數(shù)字控制做好了保障工作，許多3D零件都可以采用這種方式完成加工。

（五）加工剛度優(yōu)化

機(jī)械加工和普通的生產(chǎn)應(yīng)用有一定的不同，其材料與設(shè)備的剛度必須要滿足應(yīng)用需求，使材料的削切、打磨、車銑等能夠得到有效保障。目前智能機(jī)器人在產(chǎn)品加工剛度的控制上還不能完全和車床相媲美，但在一些要求偏低的零件生產(chǎn)當(dāng)中已經(jīng)有了廣泛的應(yīng)用，仍然需要在進(jìn)一步的研究當(dāng)中做好加工剛度優(yōu)化工作，不斷提升智能機(jī)器人代替?zhèn)鹘y(tǒng)機(jī)械加工的速率，生產(chǎn)更高效、優(yōu)質(zhì)的機(jī)械產(chǎn)品。在剛度加工模型的優(yōu)化調(diào)整當(dāng)中必須要考慮到曲面矢量等較為特殊的加工形制，通過算法優(yōu)化和遺傳迭代的方式使曲面加工的精度和光滑度滿足應(yīng)用需求，并建立智能機(jī)器人的工作模型，通過數(shù)據(jù)分析的方式判斷加工的最佳參數(shù)。

四、結(jié)束語

總之，智能化技術(shù)的廣泛應(yīng)用已經(jīng)成為了目前機(jī)械加工行業(yè)的發(fā)展趨勢，在生產(chǎn)的效率、精度和成本等方面都有較好的促進(jìn)作用，也能夠和自動(dòng)化生產(chǎn)與數(shù)字控制等形成良好的融合，必須要引起生產(chǎn)管理人員的重視，做好編程系統(tǒng)的計(jì)算與調(diào)控，通過加強(qiáng)機(jī)器學(xué)習(xí)的方式使其和機(jī)械設(shè)備之間形成良好的配合，不斷促進(jìn)機(jī)械加工行業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展水平。

參考文獻(xiàn)

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基金項(xiàng)目：河南省高等學(xué)校重點(diǎn)科研項(xiàng)目（21B460017）