數(shù)控加工中工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用技術(shù)分析

摘 要：探討工業(yè)機(jī)器人在數(shù)控加工中的應(yīng)用，主要涉及電動(dòng)葫蘆減速器、起升電機(jī)等零部件自動(dòng)化加工方面，分析其在提高加工效率、保證產(chǎn)品質(zhì)量、減少勞動(dòng)強(qiáng)度等方面的優(yōu)勢(shì)，并總結(jié)該領(lǐng)域的基礎(chǔ)知識(shí)和發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：數(shù)控加工；工業(yè)機(jī)器人；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TG659;TP242.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：2096-6903（2023）12-0044-03

0 引言

隨著科技的不斷進(jìn)步和工業(yè)化的快速發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人在數(shù)控加工中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。數(shù)控加工是一種現(xiàn)代化的加工方式，而工業(yè)機(jī)器人作為數(shù)控加工的重要組成部分，其應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。工業(yè)機(jī)器人在數(shù)控加工中可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作，減少了人力資源的投入。傳統(tǒng)的數(shù)控加工需要人工操作機(jī)床，不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且容易出現(xiàn)操作失誤，影響產(chǎn)品質(zhì)量。而工業(yè)機(jī)器人可以根據(jù)預(yù)先設(shè)定的程序自動(dòng)完成加工過(guò)程，大大提高了加工效率，降低了人為因素對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響。

工業(yè)機(jī)器人以其高效、精準(zhǔn)的特點(diǎn)，為數(shù)控加工提供了強(qiáng)有力的支持。通過(guò)深入研究工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用，可以更好地了解其在數(shù)控加工中的優(yōu)勢(shì)和潛在的挑戰(zhàn)，為工業(yè)界提供更好的解決方案。

1 工業(yè)機(jī)器人在數(shù)控加工中的優(yōu)勢(shì)

工業(yè)機(jī)器人在數(shù)控加工中具有許多優(yōu)勢(shì)。工業(yè)機(jī)器人具有高度的精確性和重復(fù)性，可以實(shí)現(xiàn)精密加工，確保產(chǎn)品的質(zhì)量和一致性。與人工操作相比，機(jī)器人能夠更加穩(wěn)定和準(zhǔn)確地執(zhí)行加工任務(wù)，減少了人為因素對(duì)加工精度的影響。

工業(yè)機(jī)器人還具有高效的工作速度和生產(chǎn)能力。機(jī)器人可以在連續(xù)的工作周期內(nèi)持續(xù)運(yùn)行，無(wú)需休息或疲勞，從而提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)量[1]。

應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人還可以提高工作環(huán)境的安全性。機(jī)器人具有自動(dòng)化和自主性，可以減少人員與危險(xiǎn)機(jī)器設(shè)備接觸的機(jī)會(huì)，降低了事故和風(fēng)險(xiǎn)。

工業(yè)機(jī)器人在數(shù)控加工中的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在高精度、高效率、靈活性和安全性方面，它們?yōu)槠髽I(yè)提供了更穩(wěn)定、可靠和可持續(xù)的生產(chǎn)解決方案，提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率和競(jìng)爭(zhēng)力。

2 工業(yè)機(jī)器人在數(shù)控加工中的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 機(jī)器人定位與導(dǎo)航

工業(yè)機(jī)器人在數(shù)控加工中的機(jī)器人定位與導(dǎo)航技術(shù)是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中的關(guān)鍵技術(shù)之一。機(jī)器人定位與導(dǎo)航技術(shù)的目標(biāo)是使工業(yè)機(jī)器人能夠準(zhǔn)確地定位并導(dǎo)航到目標(biāo)位置，以完成特定的加工任務(wù)。在數(shù)控加工中，工業(yè)機(jī)器人需要準(zhǔn)確地定位到待加工工件的位置，以便進(jìn)行精確的加工操作。

為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，機(jī)器人定位與導(dǎo)航技術(shù)采用了多種方法和多個(gè)傳感器。常用的方法包括視覺(jué)定位、激光定位、慣性導(dǎo)航等。視覺(jué)定位是指通過(guò)攝像頭或其他視覺(jué)傳感器獲取工件或工作環(huán)境的圖像信息，然后通過(guò)圖像處理算法來(lái)計(jì)算機(jī)器人與目標(biāo)位置之間的相對(duì)位置關(guān)系。這種方法具有實(shí)現(xiàn)較高的定位精度，但對(duì)于光照條件和工件表面的特殊要求較高。

激光定位是利用激光傳感器發(fā)射激光束，通過(guò)測(cè)量激光束的反射時(shí)間和角度來(lái)計(jì)算機(jī)器人與目標(biāo)位置之間的距離和相對(duì)位置關(guān)系。這種方法適用于大范圍的定位和導(dǎo)航，但需要較復(fù)雜的計(jì)算和傳感器配置。

慣性導(dǎo)航是利用慣性傳感器（如加速度計(jì)、陀螺儀等）來(lái)測(cè)量機(jī)器人的加速度和角速度，然后通過(guò)積分計(jì)算機(jī)器人的位置和方向。這種方法適用于較小范圍的定位和導(dǎo)航，但對(duì)于長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)動(dòng)會(huì)存在累積誤差[2]。

2.2 路徑規(guī)劃與軌跡控制

工業(yè)機(jī)器人在數(shù)控加工中起著至關(guān)重要的作用。路徑規(guī)劃和軌跡控制是確保機(jī)器人在加工過(guò)程中高效、準(zhǔn)確地執(zhí)行任務(wù)的關(guān)鍵步驟。路徑規(guī)劃是指確定機(jī)器人在加工過(guò)程中的最佳路徑，以最大程度地減少時(shí)間和能量消耗。

考慮到工件形狀、機(jī)器人自身限制以及加工精度要求等因素，需要綜合考慮多個(gè)因素。在路徑規(guī)劃中，常使用的方法包括最短路徑算法、遺傳算法以及模擬退火算法等。通過(guò)這些算法，機(jī)器人可以通過(guò)高效的路徑來(lái)完成加工任務(wù)。

軌跡控制是確保機(jī)器人按照規(guī)劃好的路徑準(zhǔn)確運(yùn)動(dòng)的過(guò)程。對(duì)于數(shù)控加工來(lái)說(shuō)，軌跡控制需要考慮到機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)特性、加工速度和加工質(zhì)量等因素。通過(guò)采用先進(jìn)的控制算法和傳感器技術(shù)，機(jī)器人可以精確地按照規(guī)劃好的路徑進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，并在加工過(guò)程中實(shí)時(shí)調(diào)整軌跡，以保證最終加工結(jié)果的質(zhì)量[3]。工業(yè)機(jī)器人在數(shù)控加工中的路徑規(guī)劃和軌跡控制的優(yōu)勢(shì)，不僅在于提高了加工效率和質(zhì)量，還可以減少人力資源。相比傳統(tǒng)的手工操作，工業(yè)機(jī)器人可以在短時(shí)間內(nèi)完成復(fù)雜的加工任務(wù)，并且具有更高的精度和穩(wěn)定性。

2.3 感知與檢測(cè)

工業(yè)機(jī)器人在數(shù)控加工中的感知與檢測(cè)技術(shù)是現(xiàn)代制造業(yè)中的重要一環(huán)。它們能夠通過(guò)感知和檢測(cè)技術(shù)來(lái)獲取周圍環(huán)境的信息，并根據(jù)這些信息來(lái)判斷和執(zhí)行相應(yīng)的任務(wù)。感知技術(shù)是工業(yè)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自主操作的基礎(chǔ)，通過(guò)搭載各種傳感器，如視覺(jué)傳感器、力傳感器、觸覺(jué)傳感器等，工業(yè)機(jī)器人可以實(shí)時(shí)感知到周圍的物體、位置和力量等信息[4]。例如，視覺(jué)傳感器可以用于工件的定位和識(shí)別，力傳感器可以用于測(cè)量和控制加工力度，觸覺(jué)傳感器可以用于實(shí)現(xiàn)機(jī)器人與環(huán)境的交互。

檢測(cè)技術(shù)是工業(yè)機(jī)器人在加工過(guò)程中保證質(zhì)量和安全的關(guān)鍵。通過(guò)搭載各種檢測(cè)設(shè)備和算法，工業(yè)機(jī)器人可以對(duì)加工過(guò)程中的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析。例如，機(jī)器人可以通過(guò)檢測(cè)工件的尺寸、表面質(zhì)量和幾何形狀等來(lái)確保加工精度，通過(guò)檢測(cè)刀具磨損情況和加工力矩等來(lái)實(shí)現(xiàn)刀具的自動(dòng)更換和故障預(yù)警。在數(shù)控加工中，工業(yè)機(jī)器人通過(guò)感知與檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，可以提高加工的效率和精度。通過(guò)實(shí)時(shí)感知和檢測(cè)，機(jī)器人可以自動(dòng)調(diào)整加工參數(shù)，優(yōu)化加工路徑，減少加工誤差，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

2.4 精確力控制

工業(yè)機(jī)器人在數(shù)控加工中的精確力控制技術(shù)是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，它可以提高加工精度和生產(chǎn)效率，并且減少人工操作的風(fēng)險(xiǎn)。

在工業(yè)機(jī)器人的精確力控制技術(shù)中，有以下2個(gè)關(guān)鍵的方面需要考慮：①機(jī)器人的傳感器技術(shù)。通過(guò)安裝各種傳感器，如力傳感器和視覺(jué)傳感器，機(jī)器人可以實(shí)時(shí)感知和測(cè)量工件表面的力和位置信息。這些傳感器可以將數(shù)據(jù)反饋給控制系統(tǒng)，從而使機(jī)器人能夠?qū)崟r(shí)調(diào)整加工力度，以達(dá)到精確的加工要求。②機(jī)器人的控制算法。通過(guò)使用先進(jìn)的控制算法，如PID控制算法和自適應(yīng)控制算法，機(jī)器人可以根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)和預(yù)設(shè)的加工要求，實(shí)時(shí)計(jì)算和調(diào)整加工力度?？刂扑惴梢詭椭鷻C(jī)器人在加工過(guò)程中保持穩(wěn)定的力控制，從而提高加工精度。

2.5 自適應(yīng)控制

工業(yè)機(jī)器人在數(shù)控加工中的自適應(yīng)控制技術(shù)是利用先進(jìn)的傳感器和控制算法，使機(jī)器人能夠根據(jù)工件的實(shí)際情況自動(dòng)調(diào)整加工過(guò)程的技術(shù)。該技術(shù)可以提高加工過(guò)程的精度和效率，減少人工干預(yù)的需求。在數(shù)控加工中，工業(yè)機(jī)器人通過(guò)預(yù)先編程的路徑來(lái)執(zhí)行加工操作。然而，由于工件的尺寸、形狀和材料的差異，以及加工過(guò)程中的變形和磨損等因素，機(jī)器人執(zhí)行加工操作時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)誤差。

自適應(yīng)控制技術(shù)的引入可以解決這些問(wèn)題。一方面，自適應(yīng)控制技術(shù)利用傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)工件的尺寸和形狀，以及機(jī)器人執(zhí)行加工操作時(shí)的反饋信息，如力、扭矩和位移等[5]。這些傳感器可以精確地獲取工件的實(shí)際情況，并將數(shù)據(jù)傳輸給控制系統(tǒng)。另一方面，控制算法根據(jù)傳感器提供的數(shù)據(jù)，對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整。例如，當(dāng)工件的尺寸發(fā)生變化時(shí)，機(jī)器人可以自動(dòng)調(diào)整加工路徑和速度，以保持加工精度。當(dāng)工件表面出現(xiàn)磨損或變形時(shí)，機(jī)器人可以根據(jù)傳感器反饋的力和位移信息，調(diào)整加工力度和方向，以確保加工質(zhì)量。

2.6 數(shù)據(jù)處理與通信

工業(yè)機(jī)器人在數(shù)控加工中的數(shù)據(jù)處理與通信技術(shù)在現(xiàn)代制造業(yè)中起著至關(guān)重要的作用。工業(yè)機(jī)器人通過(guò)高效的數(shù)據(jù)處理和通信技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)更精確、更高效的數(shù)控加工操作，提高生產(chǎn)效率并降低成本。數(shù)據(jù)處理是工業(yè)機(jī)器人在數(shù)控加工中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。通過(guò)傳感器和編碼器等設(shè)備，工業(yè)機(jī)器人能夠?qū)崟r(shí)采集并處理各種數(shù)據(jù)，如工件的尺寸、形狀、位置等信息。通過(guò)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，工業(yè)機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化的數(shù)控加工操作，并根據(jù)需要調(diào)整工藝參數(shù)，確保加工質(zhì)量的穩(wěn)定性和一致性。

通信技術(shù)在工業(yè)機(jī)器人中起著連接和協(xié)調(diào)各個(gè)系統(tǒng)的重要作用[6]。工業(yè)機(jī)器人通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，可以與生產(chǎn)線上的其他設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)交換和信息共享。通信技術(shù)使得工業(yè)機(jī)器人能夠與其他設(shè)備實(shí)現(xiàn)協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜和靈活的生產(chǎn)操作。

3 工業(yè)機(jī)器人在數(shù)控加工中的應(yīng)用領(lǐng)域

3.1 電動(dòng)葫蘆減速器的自動(dòng)化加工

電動(dòng)葫蘆減速器的自動(dòng)化加工是一種先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)，它利用先進(jìn)的機(jī)械設(shè)備和自動(dòng)化控制系統(tǒng)來(lái)完成減速器的制造過(guò)程。在這種自動(dòng)化加工過(guò)程中，傳統(tǒng)的人工操作被機(jī)械化和自動(dòng)化取代，大大提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。在自動(dòng)化加工中，采用了先進(jìn)的數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)葫蘆減速器的精確加工和組裝。通過(guò)預(yù)先編程的控制系統(tǒng)，機(jī)床和機(jī)器人能夠按照設(shè)計(jì)要求自動(dòng)完成各項(xiàng)加工工序，如銑削、鉆孔、螺紋加工等，確保產(chǎn)品的尺寸和形狀精度。自動(dòng)化加工采用先進(jìn)的傳感器和檢測(cè)設(shè)備，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制加工過(guò)程中的各項(xiàng)參數(shù)，如溫度、壓力、速度等。通過(guò)及時(shí)調(diào)整和優(yōu)化加工參數(shù)，可以保證產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性和一致性。

3.2 起升電機(jī)的自動(dòng)化加工

起升電機(jī)的自動(dòng)化加工是一項(xiàng)重要的工藝，它可以提高生產(chǎn)效率、降低人工成本，并且確保產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定。

自動(dòng)化加工通過(guò)引入先進(jìn)的機(jī)器人和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)起升電機(jī)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化操作。這些機(jī)器人可以完成起升電機(jī)的組裝、焊接、涂裝等工序，大大提高了生產(chǎn)效率。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)可以對(duì)整個(gè)生產(chǎn)線進(jìn)行精確的監(jiān)控和調(diào)控，確保產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。

自動(dòng)化加工還可以通過(guò)引入智能化設(shè)備和傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)起升電機(jī)生產(chǎn)過(guò)程的智能化管理。這些智能化設(shè)備可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)生產(chǎn)過(guò)程中的各項(xiàng)參數(shù)，如溫度、壓力、速度以及產(chǎn)品質(zhì)量的各項(xiàng)指標(biāo)等。一旦發(fā)現(xiàn)異常，智能化設(shè)備可以自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整和修正，保證產(chǎn)品符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

自動(dòng)化加工可以通過(guò)優(yōu)化生產(chǎn)流程，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的無(wú)人化[7]。例如，可以利用自動(dòng)化輸送設(shè)備，將起升電機(jī)的零部件從一個(gè)工序自動(dòng)轉(zhuǎn)移到下一個(gè)工序，減少了人力搬運(yùn)的需求。利用自動(dòng)化的倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)零部件和成品的自動(dòng)存儲(chǔ)和取貨，提高了物料管理的效率。

起升電機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化加工可以提高生產(chǎn)效率、降低成本，并且確保產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。隨著科技的不斷進(jìn)步，自動(dòng)化加工在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用將會(huì)越來(lái)越廣泛。表1為電機(jī)加工中心刀具表。

4 結(jié)束語(yǔ)

工業(yè)機(jī)器人在數(shù)控加工中的應(yīng)用正逐漸成為制造業(yè)發(fā)展的重要方向。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和人工智能的發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人在數(shù)控加工中的作用將變得更加重要和廣泛。應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人，不僅可以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，還可以減少人力成本和勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作環(huán)境的安全性和舒適性。通過(guò)自動(dòng)化的操作，工業(yè)機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)高精度、高速度和高穩(wěn)定性的加工，滿足不同行業(yè)對(duì)產(chǎn)品的多樣化需求。

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收稿日期：2023-08-25

作者簡(jiǎn)介：程洪金（1978—），男，江蘇江陰人，機(jī)械工程師，從事數(shù)控加工工作。