國內(nèi)機床企業(yè)研制與應(yīng)用機器人的情況

隨著我國裝備制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級，在市場需求和技術(shù)進(jìn)步雙重作用下，近幾年來工業(yè)機器人與數(shù)控機床集成應(yīng)用發(fā)展很快，應(yīng)用的形式不斷擴展，對當(dāng)前機床智能化潮流帶來新的推動。

一、機器人與機床集成應(yīng)用的快速發(fā)展

權(quán)威的專業(yè)展覽會是反映一個行業(yè)總體情況和技術(shù)趨勢的最佳窗口。我們不妨從近三年來幾個國內(nèi)外知名機床展覽會，看一下機器人與機床集成應(yīng)用的發(fā)展情況。

（一）CCMT2014展覽會的情況

該展會全稱是中國數(shù)控機床展覽會，由中國機床工具工業(yè)協(xié)會于2014年2月24-28日在上海新國際博覽中心舉辦。展會上共展出64臺6關(guān)節(jié)機器人與機床集成應(yīng)用的案例，比上屆展會（CCMT2012）的31臺增加1倍之多，足以說明當(dāng)前機器人與機床集成應(yīng)用的熱度。

在這次展會上，首次出現(xiàn)了機器人制造商、機器人集成商和機器人應(yīng)用企業(yè)齊聚的場面。展出自行制造機器人的機床企業(yè)，也由上屆3家增至7家，分別是：廣州數(shù)控、南京埃斯頓、大連機床、華中數(shù)控、大連光洋、北村機床、成都廣泰等，其中有4家原來的主營業(yè)務(wù)是數(shù)控系統(tǒng)。

展會上引人注目的，還有秦川機床集團展出自行開發(fā)研制的機器人專用RV減速器，以及大連光洋展出了具備刀庫和電主軸的銑削機器人，這使機器人本身演變成了一臺加工中心。

（二）EMO2013歐洲機床展覽會的情況

該展會由歐洲機床工業(yè)合作委員會于2013年9月16-21日在德國漢諾威舉辦，其眾多工業(yè)機器人與數(shù)控機床集成應(yīng)用案例成為展會一大亮點。特別是KUKA公司與SIEMENS公司聯(lián)合舉行新聞發(fā)布會，宣布雙方將展開全面業(yè)務(wù)合作，共同推進(jìn)“工業(yè)4.0”的智能自動化解決方案，成為展會的一個重要事件。在CCMT2014展會上，這兩家就已經(jīng)進(jìn)行了機器人與機床集成應(yīng)用的聯(lián)合展示。

在展會上，機器人與機床集成應(yīng)用的展示比比皆是。例如，DMG MORI公司展出了工業(yè)機器人上下料等多種自動化加工解決方案。SPINNER公司展出的6臺數(shù)控車床展品，都有機器人上下料。MAZAK、OKUMA、EMAG、大連機床集團等公司也展出了機器人與機床集成應(yīng)用的展品。

（三）IMTS2012展覽會的情況

該展會由美國機械制造技術(shù)協(xié)會于2012年9月10-15日在美國芝加哥舉辦。在該展會上，工業(yè)機器人的參展陣容空前壯觀，全球四大機器人制造商KUKA、ABB、YASKAWA（安川）、FANUC均高調(diào)亮相，展出了數(shù)量眾多，規(guī)格、用途各異的機器人展品。其中，F(xiàn)ANUC公司不僅展出了焊接機器人、搬運重量達(dá)1350kg的搬運機器人，還在現(xiàn)場演示4臺鉆削中心和兩臺機器人組成的柔性制造單元；KUKA公司則在展臺的中心位置展示了一臺切削機器人。其他參展機器人廠家更是不勝枚舉。

國際知名的機床制造商DMG MORI、MAKINO、MAZAK、OKUMA、斯來福臨、大連機床等許多機床制造商也紛紛展示數(shù)控機床與工業(yè)機器人組成的柔性單元，?？怂箍担℉exagon）展示了機器人在測量方面的應(yīng)用，Weldon Solution公司展示了機器人在分揀方面的應(yīng)用。

從以上3個知名機床展，我們可以清楚地看到工業(yè)機器人正大踏步走進(jìn)機床領(lǐng)域，并與機床結(jié)合在一起，為用戶提供各種個性化的智能制造裝備。

形成這種快速發(fā)展趨勢的原因，固然與我國工業(yè)轉(zhuǎn)型升級帶來的引領(lǐng)和催化作用、我國人力成本的快速提高、工業(yè)機器人價格降低與性能提高這些普遍因素有很大關(guān)系，同時也有機床領(lǐng)域的特殊原因，一是當(dāng)前隨著機床數(shù)控技術(shù)的不斷完善，各種自動檢測、動態(tài)補償技術(shù)的成熟，機床技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入智能化新階段，機器人的加入只是起到了一種推波助瀾的作用；二是機器人與機床的集成應(yīng)用還具有一些特殊優(yōu)勢，例如，機床密度加大，廠房利用率提高；輔助時間縮短，提高機床工作效率；操作精確性和可重復(fù)性比自然人高; 工傷的可能性大為減少；可長時間連續(xù)工作，而沒有情緒問題和情感需求，等等。

二、機器人與機床集成應(yīng)用的主要形式

在焊接、搬運、碼垛、裝配等大多數(shù)應(yīng)用領(lǐng)域里，工業(yè)機器人是作為主機使用的。與此不同，與機床配套的機器人一般是作為輔機來發(fā)揮作用的。當(dāng)前具體的應(yīng)用形式主要有：

1、單機上下料單機上下料是機器人在機床上最典型和最成熟的應(yīng)用。它比人工上下料更準(zhǔn)確、迅速、安全。對生產(chǎn)批量大、加工時間短的中小零件加工，或需吊裝的笨重工件而言，機器人上下料的優(yōu)勢特別明顯。

機器人與機床的結(jié)構(gòu)關(guān)系分為機器人安裝于機床外部和與機床構(gòu)成一體兩種形式。安裝于機床外部的機器人，又分為固定式、移動式和椼架式等類型。

2、機器人與機床組成柔性生產(chǎn)線由機器人承擔(dān)工件的工序轉(zhuǎn)換工作，與若干臺機床組成柔性生產(chǎn)線，是一種比單機上下料更為復(fù)雜也更有價值的一種應(yīng)用。在當(dāng)前工業(yè)轉(zhuǎn)型升級過程中，市場需求越來越旺盛。

在這種應(yīng)用場合下，機床布局取決于工藝路線和現(xiàn)場條件等因素。常見的有L型、U型和直線型、對面布置等形式，其中三臺數(shù)控機床構(gòu)成U型的布局，由一臺機器人在場地中間進(jìn)行工件轉(zhuǎn)換，這種布局十分緊湊。

3、與機床共同完成加工工藝過程機器人夾持工件在沖剪、折彎機上實現(xiàn)加工操作，不僅是簡單的上下料，而是替代了所有原來的人工作業(yè)。這比人工操作現(xiàn)加準(zhǔn)確和快速，從而提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。尤其是徹底解決了沖壓類機床的工傷隱患。

4、獨立完成加工工序給機器人裝上專用手爪，機器人可以完成切割、打磨、拋光、清洗等工藝過程。甚至于可以讓機器人直接夾持切削工具，對工件進(jìn)行打孔、攻絲、鉚接，也可以進(jìn)行切削加工。在這種情形下，機器人本身就是一臺機床。

具備視覺、觸覺的機器人可以用于組裝、零件分選等復(fù)雜工序，即使是上下料，也可以不用帶有定位裝置的專用工位器具。

給機器人裝備特殊手爪，可用于高溫環(huán)境下作業(yè)的鑄造、鍛造機械，完成取鐵水、澆注、上下熱毛坯、更換熱態(tài)的模具等人工難以直接完成的工作。

工業(yè)機器人是一種高柔性的通用自動化裝置，它的應(yīng)用場合和功能具有無限的拓展空間。在與機床的集成應(yīng)用中，工業(yè)機器人的具體應(yīng)用形式也在不斷發(fā)掘和創(chuàng)新當(dāng)中。

三、國內(nèi)機床企業(yè)研制與應(yīng)用機器人的情況

由于工業(yè)機器人在原理和結(jié)構(gòu)上與數(shù)控機床有很多相似之處，都是由數(shù)控系統(tǒng)控制、伺服電機驅(qū)動，實現(xiàn)精確位置移動的自動裝置，因此機床制造企業(yè)在工業(yè)機器人的研制上具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢。因此，國內(nèi)外有不少機器人制造企業(yè)都有機床制造的根底。

國內(nèi)也有一些目光敏銳的機床企業(yè)，察覺到即將到來的巨大商機，從幾年前就介入了工業(yè)機器人的研發(fā)制造。目前國內(nèi)開展機器人研制的機床企業(yè)主要有兩類，一類是數(shù)控系統(tǒng)廠商，如廣數(shù)、華中數(shù)控、南京埃斯頓、大連光洋、成都廣泰；另一類是產(chǎn)品門類比較齊全，在承接成套項目上具有優(yōu)勢的主機廠，如大連機床、沈陽機床、西安北村等。此外，以精密齒輪制造見長的秦川機床集團，經(jīng)過多年刻苦攻關(guān)，成功研制出了機器人專用的RV減速器，并已開始走向產(chǎn)業(yè)化。

這些企業(yè)中，廣州數(shù)控和南京埃斯頓已經(jīng)進(jìn)入國內(nèi)工業(yè)機器人的主要生產(chǎn)廠家行列，具有相當(dāng)?shù)闹群陀绊懥?。廣州數(shù)控起步研制工業(yè)機器人已有六、七年時間，現(xiàn)在已經(jīng)具有1000臺的生產(chǎn)能力，在機床應(yīng)用方面也積累了很多成功案例。南京埃斯頓則更側(cè)重于機器人在成形機床上的應(yīng)用。

四、目前需關(guān)注和解決的一些問題

目前國內(nèi)企業(yè)在機床上應(yīng)用機器人還處于起步階段，許多理論和實踐問題還沒有充分認(rèn)識與解決。例如最多見的應(yīng)用形式還是將機床和機器人簡單地組合在一起，各自使用一套控制系統(tǒng)。要充分發(fā)揮機器人與機床集成應(yīng)用的優(yōu)勢，還需做出不懈努力。

1、機床企業(yè)研制機器人應(yīng)充分發(fā)揮產(chǎn)業(yè)相關(guān)的固有優(yōu)勢，樹立更高的發(fā)展目標(biāo)。從基礎(chǔ)理論的研究與應(yīng)用，到制造與裝配工藝的完善，到減速器、伺服電機等基礎(chǔ)零部件的突破，不斷努力，為提升國產(chǎn)機器人的水平和質(zhì)量做出貢獻(xiàn)。

2、為促進(jìn)機床與機器人集成應(yīng)用水平的提升，應(yīng)加緊相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的研究與制定。在這一領(lǐng)域，對機床和機器人的控制系統(tǒng)和機械結(jié)構(gòu)都有一些特殊要求，需要通過標(biāo)準(zhǔn)的制定進(jìn)行規(guī)范。

3、應(yīng)積極開展機器人專門人才的培養(yǎng)和相關(guān)知識的普及。由于是新興產(chǎn)業(yè)，機器人的研制和應(yīng)用人才都很稀缺。特別是應(yīng)用方面，目前在國內(nèi)，無論是機器人集成商還是用戶，知識和經(jīng)驗還不同程度地匱乏，往往因此導(dǎo)致項目的挫折和失敗。

4、與機器人協(xié)同工作的機床應(yīng)具有足夠的自動化功能。例如加工精度的自動檢測、刀具磨損情況的自動檢測與補償及刀具的自動更換等，從而保證柔性工作單元的連續(xù)穩(wěn)定運行。

5、對協(xié)同工作的機器人和機床應(yīng)進(jìn)行聯(lián)合設(shè)計，分別進(jìn)行必要的適應(yīng)性改變。這里不僅有機械結(jié)構(gòu)（例如防護結(jié)構(gòu)）的改變，也有控制系統(tǒng)的整合、各類傳感器的布置等，從而形成一個空間布局統(tǒng)一合理、功能相互協(xié)調(diào)的有機整體。

鑒于機器人研制以及與機床集成應(yīng)用的發(fā)展現(xiàn)狀，相關(guān)企業(yè)應(yīng)建立有效的組織聯(lián)絡(luò)機制，以加強溝通與合作，充分做到資源共享與優(yōu)勢互補，及時建立必要的技術(shù)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)，形成產(chǎn)業(yè)發(fā)展的合力。這對我國機床工具行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級也必將起到有益的推動作用。
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