機器人在數控加工中的運用探析

江蘇省常州技師學院 朱 驥

機械零部件加工制造過程中最關鍵的加工設備就是數控機床，決定著整體加工的質量和效率。而在以往的使用過程中只是將這種數控機床當作是單獨的一種加工方式，并沒有發揮出更大的作用。在各種信息技術飛速發展的影響下，工業機器人已經逐漸涉及到各個行業中，而數控機床在加工中的重要性也在逐漸凸顯出來。機器人主要用于工業機械加工，這個過程不需要人來完成較為繁瑣的加工內容。在生產加工中使用機器人能夠很好地保障產品的生產質量以及效率，有效避免人工操作所出現的各種問題。

工業機器人結合了諸如計算機系統和微電子學之類的先進技術，以實現更復雜的判斷、推理、記憶、圖像識別和語言理解。因此，尖端科學技術的發展必將促進機器人技術的不斷發展。而隨著機器人技術應用的逐漸完善也會進一步促進整體科技的發展。而這種機器人技術的發展和應用也凸顯了一個國家整體的工業技術能力和水平。

1 機器人的主要特點

1.1 適應性強

工業機器人通常只需要在不同的工作情況下更換一些機械零件，即可適應許多不同類型的工作需求。

1.2 具有擬人化特征

工業機器人在步行，手臂，腰部旋轉和手腕方面與人類有許多相似之處。經過計算機編程后，相應的操作可以自動完成。工業機器人智能化之后，它將配備聽覺傳感器，視覺傳感器，負載傳感器和接觸傳感器，它們類似于人體的許多生物傳感器。

1.3 具有多個系統，多個領域和多個學科的特征

它們融合了微電子學和力學原理，被稱為機電一體化。最新的智能機器人是對傳統概念的進一步發展。它不再局限于感測周圍環境的感測系統。它通過計算機系統和微電子技術等先進技術的有機結合，實現了更復雜的功能，例如判斷和推理，記憶，圖像識別和語言理解。

2 機器人在數控機床中的應用優勢

（1）CNC機床在加工過程中能夠很好地控制零件的精密度，在開始加工之前進行相關數據參數的設置，可以有效地補償在處理過程中產生的錯誤，并且可以順利進行之后的高質量加工。

（2）將CNC機床和機器人技術進行結合使用，可以進一步提高加工的質量和效率。在實際加工中只需要按照實際需求選擇相應的加工尺寸等來調整夾具，就可以生產出高質量的各種產品，極大地縮短了整體的加工時間，有利于提高生產能效。

（3）NC編程語言機床程序選擇，該程序中的軟件應用和相關程序模塊之間具有一致性。考慮到后期使用效果以及軟件的升級和維護，系統軟件程序共有13個軟件編程模塊，并提供了一個分析模塊，供機器人在CNC加工中進行選擇和操作。

3 機器人在數控加工中的設計內容

3.1 機器人整體設計

第一步主要是針對滑軌的設計，目的是實現零件運輸，并且通過氣控進行操作。在滑軌的兩側分別與筒倉和機器人的借口相連。供紙托盤通過氣控來控制滑軌運行操作。同時結合所需要的形狀來進行相應毛坯的調整和選擇，而托盤的形狀需要與之相對應，進行鑲嵌，以確保將托盤放置在毛坯中。其中，進紙盤的操作加工需要由機器人進行控制管理，將需要加工的零件和托盤進行移動加工。接著需要在機器人的第六軸尾部來安裝抓爪。該結構為手動平行設計的V形凹槽，主要用于抓取各種圓柱形和矩形毛坯。各個抓爪需要保持一定的摩擦作用，所以在使用過程中需要粘上膠帶，目的是穩定抓握整個零件。為了節省成本，安全門不會自動開關，門上的把手直接由機器人控制，安全門的開關都是用來進行管理的。并且內部的傳動操作也是需要進行氣控，所以在整個機器中專門設置了3個氣體回路，也就是借助氣缸驅動進行操控。這三個分別對應的是滑軌、爪以及機床卡盤的三個氣缸。并且在運行過程中是進行聯動操作。實際的加工工作非常繁雜，壓力較大，因此在長期重復的高壓下進行加工制造，難免會出現質量問題。而這種機器人和CNC機床的聯合使用能夠很好地保障產品質量。這種多軸加工操作主要是針對機床的動能，它可以同時控制四個或更多坐標軸。此外，借助開關、傳感器等進行綜合控制同樣可以來保證高效率高品質的產品加工。可以說通過這種加工方式在提高生產效率緩解工作壓力的同時又很好地保障了產品的質量。并且在美學和上光度也得到了改善，可以最大程度地滿足不同的生產要求。

3.2 機器人旋轉結構

（1）腰部旋轉。在這一環節的旋轉中主要有兩種方式，都是在基座上部安裝電動機，只是在旋轉方式上存在差異，一種是通過聯軸器和齒輪來驅動旋轉，另一種是通過諧波減速器之間促進旋轉，其是直接作用在基座上旋轉。在對以上不同的旋轉方式進行討論之后，最終確定了第二種方式，因為其設計難度較低，易于操作管理，在一定程度上也可以提高機器人的控制精度。

（2）手臂旋轉。工業機器人的手臂由兩部分組成：大手臂和前臂。手臂有兩個旋轉選項。第一種方案是使用諧波減速器直接連接電動機和手臂，以驅動動臂和前臂旋轉。第二種方案是使用電動機來驅動諧波減速器旋轉。在減速器的減速作用下，機器人的前臂驅動聯動機構完成動臂的旋轉。相比較而言這種方案本身的穩定性更高。通過這種四連桿的結構設計能夠有效地降低整體的重量，進而提高穩定性，可以滿足較大的工作空間需求。

（3）手腕間距。在該環節的設計中主要有三種選擇。首先是通過電動機來驅動諧波減速器推動腕間運動。另一種是將電動機和齒輪進行銜接，然后將其傳遞至前臂。前臂的前端改變旋轉方向，以驅動手腕進行俯仰運動。第三種解決方案是，電機驅動同步輪通過橡膠同步帶旋轉，并將動力傳遞到前臂的前端，以實現機器人前臂的腕部俯仰運動。

4 工業機器人在數控多軸加工中的應用

機器人的應用操作第一個優勢就是將整體的加工精確度得到保障。通過同一個坐標軸來對不同的環節進行集中控制管理，在操作一次之后就可以有效保障穩定加工，而且可以提高精度。其次，它可以減少固定裝置的數量和占地面積。但是在具體的操作過程中依然有各種不足。最常見的就是葉輪之間的碰撞影響，以及機器臂較短。通過常見的加工操作，應該知道機器人手臂的角度是從0°到360°，這意味著可以將具體的數值進行調整控制。當機器臂較短時，需要對角度進行分析調整，然后是相應高度的調整。而這種調整并不是隨意的，需要按照相應的設計需求進行操作。不能隨意開機關機機器。工業機器人可以按照指定操作通過設置以后替代人工操作，其本質上是已經在工業上使用的機器人，并且具有以下特征。首先，對工業機器人可以設置程序。結合實際加工需求來進行程序更改或調整。工業機器人可以充分發揮其多樣性，高效率和小批量等優點，并成為整個制造環節中最關鍵的部分。另一種是適應性，其主要是結合實際需求更換一些機械零件，以適應許多不同類型的工作需求。工業機器人智能化后，將配備類似于人體許多生物傳感器的聽覺傳感器，視覺傳感器，負載傳感器和接觸傳感器。

5 工業機器人下數控加工應用的發展策略

（1）注重專業人員的培養，提供更多優質的人才，為國內整體工業科技水平的發展提供人才支持。這種機器人在工業中應用需要非常專業的技術操作，非常復雜，難度較高，因此需要專業的高技術人才進行管理。而這種工業機器人也在不斷的升級優化。所以相關操作人員必須具備極高的專業能力，不僅可以保障當前工作的順利完成，同時可以緊跟未來技術的不斷升級發展。所以這種高技術人才的培養是十分重要的，需要注重人才素質管理水平。

（2）加大科技投入，通過科技創新促進整體工業技術的提升發展。科技在整個工業生產中起到至關重要的作用，因此在引進機器人數控技術之后更應該注重這種科技水平的發展和提升。對于企業自身而言需要設立專門的科技部門進行技術的研發升級，并引進高技術人才來不斷提升自身的科技能力，推動整體工業技術的發展。其次，企業要加強與發達國家的合作，派遣人員出國留學。因此需要國家層面給予一定的支持和幫助。

（3）從政策層面提供扶持，優化發展。外部政策環境同樣對機器數控技術的發展起到影響。工業的發展除了本身技術的支持以外還需要相關政策制度的幫助，才能在提升內部技術的同時推動整個產業的發展。所以國家應更加注重政策傾斜，重視技術的升級發展，為工業產業的發展創造良好的條件，并且優化外部市場結構，實施良性的市場競爭，幫助企業在技術升級的同時取得可持續發展。

結語：通過全文研究分析能夠發現針對機器人數控加工技術的發展和推廣，需要注重高技術人才的培養，從而推動整體工業技術的發展。國家政府需要更多的實施科技投入。通過科技創新，促進這種加工技術的應用發展，給予足夠的支持，提供充足的資金，創造良好的發展環境，實施扶持性政策。除此之外，本文以針對車床進行重點分析之后，引出了機器人在實際加工過程中的優勢和作用。將兩種加工技術進行結合，能夠調整原有的加工方式，提高產品質量，減少加工實際，緩解工作壓力，為企業提供更多優質產品的同時創造更高的收益。