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如何将工业機器人與數控機床融合應用

2018-10-25 11:54:54點擊:

随着我國裝備制造业轉型升級,在市場需求和技術進步雙重作用下,近幾年来工业機器人與數控機床集成應用發展很快,應用的形式不斷擴展,對當前機床智能化潮流帶来新的促动,對我國機床工具行业的轉型升級也必将起到有益的推动作用。

  鑒于機器人研制以及與機床集成應用的發展現狀,相關企业應如何建立有效的組織聯絡機制,以加強溝通與合作,兩個行业融合發展該建立怎樣的技術規範與标準,以充分做到资源共享與優勢互補,并形成産业發展的合力!

  機器人産业正迎来黃金發展機遇期,如何推动工业機器人産业和機床工具産业的融合發展,如何做到工业機器人與數控機床的互为集成應用,已成为當前現代裝備制造业産业升級的重要話題。    機床制造過程中許多崗位主要依賴工人的體力和技能,生産效率低、勞动強度大、缺少熟練技工人才,難以保障産品穩定性和一致性,促使機床行业越来越多地采用工业機器人及智能制造技術来改造傳統工藝流程。以往,昂貴的進口機器人和生産線主要在汽車等少數行业使用,在機床行业等裝備制造业領域應用比例偏低,很大程度上制約着國内機床行业自动化程度的提高。

  1兩大産业現狀

  经過“十一五”、“十二五”兩個五年計劃,十年磨一劍,中國數控機床産业發展已進入中檔規模産业化、高檔小批量生産的階段,産业整體水平基本具備國際競争力。數控系統作为數控機床的控制大腦,國産數控系統廠家已经掌握了五軸聯动、小線段插補、动态誤差補償等控制技術,也研制出高性能、大功率伺服驅动裝置,自主研發促進技術創新與進步,也萌生了工业機器人産业的雛形,催長産业發展。

  當前,數控系統研制企业、機床整機企业、自动化應用集成商,甚至房地産资本大鳄們,都在嘗試進入機器人領域,掀起了一股機器人産业投资熱。讓人擔慮的是,政策過度引導帶来的“圈地套惠”、産业過度投资帶来的産能過剩、缺乏創新驅动帶来的低端同質化競争等,都将把機器人産业帶入無序發展。值得思考的是,什麼樣的企业最适合研制工业機器人?    如何提升機器人産业的整體質量?總的来說,具有數控系統的基礎,控制系統、伺服電機、伺服控制系統都能夠批量生産的企业具有一定優勢。日本FUNAC公司的産业推進路線,就是一個成功的典型案例,值得借鑒與參考。

  國内已有幾家數控系統企业紛紛進入工业機器人産业,走在最先的廣州數控,自2006年起規劃研制工业機器人産业,已走過8個年頭。借助自身控制器、伺服驅动、伺服電機産品生産積累的经验,已完成工业機器人系列化的全自主開發,産品覆蓋了3~200kg,功能包括搬運、機床上下料、焊接、碼垛、塗膠、打磨抛光、切割、噴塗、分揀、裝配等。

  随着用工成本上涨、技能人才缺少、高危環保、高強度作业等問題的凸顯,工业機器人參與生産制造已被廣泛認知和不斷使用,成为社會關注的焦點。政府更是借此促進産业轉型升級,企业用其開展技術改造,轉變生産方式,提高作业效能。然而,中國的機器人保有量不大,民族品牌尚在培育中,綜合競争力有待提升。那麼,機器人行业将以什麼樣的模式向前發展?筆者認为,現階段更需要機器人整機企业、機器人關鍵部件供應商、機器人集成商産业鍊的協同發展。    2機器人與數控機床融合的集成方式

  在數控機床加工應用領域,本土機床上下料機器人與數控機床的融合應用已在先端發展之列。從行业應用層次来看,也發生較大改變:

  (1)工作島:單對單聯动機加、單對多聯機加工。

  (2)柔性制造系統(FMS):基于網絡控制的柔性機加線,應用PLC控制平台,通過工业以太網總線方式,将多台機器人、多台數控機床及其輔助設備進行聯網組線,按節拍進行有序自动生産。

  (3)數字化車間:借助CADCAMCAPPSMES輔助生産工具、物流技術及傳感技術,具備生産過程監控、在線故障實時反饋、加工工藝數據管理、刀具信息管理、設備維護數據管理、産品信息記錄等功能,滿足無人化加工需求,實現加工系統的生産計劃、作业協調集成與優化運行。

  (4)智慧工廠:借助智能化車間布局和ERP信息化管理系統,将最大限度地給傳統生産方式帶来革新。信息管理系統的數據庫可以通過網關與各種外部的信息系統進行接口,将車間接入ERP系統,查詢車間生産狀态,實現企业资源的高效配置;借助其短信平台、郵件平台,可以向管理員進行設備故障、生産進度等信息的實時彙報。    3工业機器人與數控機床融合發展的途徑

  1.加工制造方面

  機器人參與機床結構件加工制造以實現自动化,专用機床服务于機器人专用減速機的精密加工,提升加工工藝質量及批量生産效率等等,具有很大的融合發展空間。借助雙方企业的戰略合作,機器人企业可借助機床廠家的制造與工藝技術能力實現以下目标:

  (1)面向機器人的本體鑄件、減速機結構件,共同研究形成批量精密制造技術,提高機器人批量化生産能力和工藝水平,攻克可靠性、一致性技術,實現高效、穩定、精密的節拍生産。

  (2)面向機器人工裝、夾具,機加生産線的集成能力,借助各大機床廠的廣大終端客戶渠道资源,委托推廣應用機器人。

  (3)研發面向機床單機及生産線上下料和零部件搬運、鏟刮、倒角、抛磨、焊接、噴塗(粉)等自动化、柔性化生産急需的工业機器人,機床企业與工业機器人企业共同研制,實現整機零部件的自动加工,推动機床生産制造技術水平提升。

  (4)工业機器人機械本體的關鍵零部件,如轉盤、大臂、箱體、支撐套、小臂、腕體等,尺寸精度和形位公差均要求較高,對機械加工設備、工裝夾具、量檢具等都有很高的要求;機器人減速器的擺線齒殼、行星針輪、偏心軸及行星架等關鍵零件的結構優化和加工,目前國内的加工設備、裝配工藝、精度檢測等還難以达到。但立足使用國産數控機床及工具設備完成相關加工,則有助于提高我國高端精密機械零部件設計及加工水平,促進國産數控裝置與國産數控機床的應用和發展。    2.在集成應用方面

  機床上下料機器人實現機加柔性生産線将是便捷有效的推廣方式。國内數控機床保有量約200萬台,機器人企业首推應用機床上下料柔性機加生産線,将會有很大的市場需求,并且也有利于助推機床制造、機器人等機械零部件走向自动化、數字化、網絡化的生産方式,可實現過程智能控制、信息化管理,能提高生産效率與産品質量,提高工藝管理水平,直至推动裝備制造业的整體水平提升。例如,廣州數控與大連機床、寶雞機床等機床廠家形成戰略合作關系,共同研發機器人专用加工機床、加工工藝技術應用、機器人機加自动柔性生産應用等項目,促進了雙方互相融入各自産业應用。

  國産機器人和機床工具行业與國際先進水平存在差距,尤其作为新興産业的工业機器人,起步晚于國内機床産业,無論制造工藝水平、控制系統,還是集成應用经验;無論技術标準成熟度,還是专业人才擁有程度,都制約當前的發展速度,尚需在摸索中尋求進步。但我們相信,兩者的深度融合,對于提高中國裝備制造业的綜合競争力具有重大意義。