關于機器人技術在機械加工中的應用

張演

摘 要 現(xiàn)如今，高速發(fā)展的工業(yè)機器人已經(jīng)廣泛應用在機械加工方面。本文首先簡要分析了工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)的應用現(xiàn)狀，并據(jù)此探討總結了機器人技術加工體系存在的缺點，最后對其未來的發(fā)展趨勢進行了展望。

關鍵詞 機器人技術；機械加工；應用

中圖分類號 TH16 文獻標識碼 A 文章編號 2095-6363（2017）14-0003-01

誕生于20世紀80年代初期的機器人技術已經(jīng)得到了緩慢而長期的發(fā)展。到20世紀90年代，在計算機技術、網(wǎng)絡技術以及微電子技術快速發(fā)展的基礎上，機器人技術也得到了高速的發(fā)展。如今，工業(yè)機器人技術已經(jīng)成為集各種先進技術于一身的綜合性自動化技術，有著先進工業(yè)技術的軟硬件結合、高效益的特點，也是計算機集成制造系統(tǒng)、自動化工廠以及柔性制造體系等現(xiàn)代化制造體系的主要構成成分。當今，擁有自動化程度高、通用性、可編程、柔性好的工業(yè)機器人已經(jīng)被大范圍使用在工業(yè)加工制造業(yè)。

1 機器人技術的發(fā)展和應用

20世紀60年代，美國研發(fā)出第一臺機器人——Unimate。隨后，工業(yè)機器人逐漸被應用到汽車行業(yè)以及制造加工業(yè)等各個領域，提升了產(chǎn)品的一致性和加工效率。我國對工業(yè)機器人的鉆研從起步至今已取得顯著的進展，大體上把握了工業(yè)機器人的設計制造手段、機器人使用中單元以及生產(chǎn)線的制造等技術，研發(fā)出多種類的機器人，部分產(chǎn)品的技術水準已屬于國際先進水準。近年來，隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，制造業(yè)的高速推進，我國對作為自動化產(chǎn)業(yè)的重要構成成分的工業(yè)機器人的需求劇烈，工業(yè)機器人已大范圍使用在噴涂、組裝、焊接、產(chǎn)品的檢測及測試、采集及搬運等方面。在機械加工方面使用工業(yè)機器人能有效減少產(chǎn)品的成本以及廢品率，提升設備的整體利用率，降低人工，促進技術創(chuàng)新，提升競爭力等。

2 機器人自動化加工中的應用及問題

工業(yè)機器人可降低成本、提高效率而且柔性好，因此能夠代替?zhèn)鹘y(tǒng)機械加工中的自動化加工設備。

2.1 軌跡規(guī)劃

在進行機械加工生產(chǎn)時，為迎合生產(chǎn)過程工業(yè)機器人必須做完各種運動軌跡。進行的各種運動軌跡對產(chǎn)品零件的形狀以及加工精度會產(chǎn)生直接的影響，所以為提成加工質量，必須對工業(yè)機器人的軌跡規(guī)劃進行由線及面，建立三維形象的研究。機械結構通常有差異的機械加工比較復雜，因為工業(yè)機器人擁有較高的自動化水平，在應用健全的CAD/CAM技術基礎上，加以計算機技術以及精密儀器的進步，進而規(guī)劃并優(yōu)化軌跡，能夠有效提升機械加工的質量。

2.2 離線編程

作為可編程的機械設備，工業(yè)機器人的編程能力對其智能型以及靈活性有很大作用。示教編程過程復雜、低效，不能規(guī)劃復雜路徑；離線編程不使用機器人以及其控制系統(tǒng)，能夠依據(jù)零件的加工信息編程外部程序。其中，以Solidworks為基本的工業(yè)機器人離線編程系統(tǒng)可以集合精準計算工業(yè)機器人的位置坐標、自動生成作業(yè)程序以及逆運算的三大功能，而且能夠以運動仿真計算結果。在計算機技術的逐漸完善的過程中，其強大的計算能力以及圖形處理功能可以極大地促進機器人機械加工離線編程能力的提升。

2.3 剛度和精度問題

如今，高精度的加工任務已能夠使用高精度的數(shù)控機床實現(xiàn)。加工機器人有和機床一樣的功能，能夠用于機械的切削以及加工，其運動原則涉及到精度以及剛度的影響。手臂通常為懸臂梁細長的傳統(tǒng)機器人缺乏整體剛性，而且其垂直于手臂載荷的承載能力很低。因此，傳統(tǒng)機器人難以實現(xiàn)對大型零件的加工。因為串聯(lián)機器人在剛度上的水平不夠，所以工業(yè)機器人只能將軟材質材料作為加工對象。另外，工業(yè)機器人的加工精度仍達不到機械加工復雜零件的精度要求。加工機器人急需要進行機器人剛度以及精度方面的技術提升。

2.4 信息交換問題

機器人是機器人自動化加工體系的組成部分，不能夠單獨存在。加工機器人以及以加工機器人為核心的輔助機器人群體為機器人自動化加工系統(tǒng)的硬件組成，涉及到上下料機器人、測量機器人、換刀機器人等以及集中控制機器人群的主控計算機。信息交換問題廣泛存在于機器人之間、計算機與機器人之間、管理系統(tǒng)和與加工系統(tǒng)之間。如今，機械工廠中有著典型的信息溝通問題。同時，機器人群之間沒有進行通訊的統(tǒng)一標準。因此，全球所有的機器人生產(chǎn)企業(yè)都需要加快進行機器人語言的規(guī)范標準化。

2.5 工作范圍問題

機器人手腕中點或者手臂終點所能觸及的全部點的集合即為機器人的工作范圍。機器人的工作范圍的大小以及形狀對任務完成度的意義重大。如果在進行任務的過程中，存在機器人的手部不可以觸及的工作死區(qū)，就不可以完成預定任務。因為機器人的姿態(tài)能力以及移動能力互相補充、關聯(lián)，所以對機器人作業(yè)空間的計算十分困難。因此，在開展機器人機械加工的過程中，需要考慮工作死區(qū)，避免其工作過程中出現(xiàn)碰撞或者干涉的問題。

3 展望和總結

伴隨現(xiàn)代機器人技術的不斷進步，我國工業(yè)機器人的應用數(shù)量以及范圍持續(xù)快速增加，并大范圍地使用于機械加工領域。工業(yè)機器人的特點是具有較高自動化程度、較好的柔性、所需較少成本，能夠進行機械零部件、復雜模型和雕刻、大型材料的加工。另外，使用在數(shù)控領域較為先進的CAD-CAM技術，工業(yè)機器人加工會自然而然地向機器人機械加工方面發(fā)展，其在軟件編程、加工以及應用等領域也有了不同程度的應用與發(fā)展。工業(yè)機器人相較于傳統(tǒng)的數(shù)控機床，其用于機械加工方面時被規(guī)劃軌跡、離線編程、剛度及精度、信息交換以及工作范圍等因素的約束，需要進一步提升其技術水平。總之，作為先進制造手段的模范代表，工業(yè)機器人是工業(yè)向自動化推進的必然選擇。

4 結論

近年來，工業(yè)機器人技術已取得了顯著的發(fā)展，和大多數(shù)傳統(tǒng)機床相比，將機器人使用在機械加工領域存在著明顯的自身優(yōu)點。伴隨著國內(nèi)外研究人員的不斷深入研究，為滿足市場產(chǎn)品要求，工業(yè)機器人會進一步向智能化、高精度的方向進步。因此，在之后的很短一段時間，并聯(lián)機床有極大可能將在部分專業(yè)領域科學有效地補充甚至替代傳統(tǒng)機床。

參考文獻

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