數控加工中工業機器人的應用技術分析

摘 要：探討工業機器人在數控加工中的應用，主要涉及電動葫蘆減速器、起升電機等零部件自動化加工方面，分析其在提高加工效率、保證產品質量、減少勞動強度等方面的優勢，并總結該領域的基礎知識和發展趨勢。

關鍵詞：數控加工；工業機器人；應用

中圖分類號：TG659;TP242.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2096-6903（2023）12-0044-03

0 引言

隨著科技的不斷進步和工業化的快速發展，工業機器人在數控加工中的應用越來越廣泛。數控加工是一種現代化的加工方式，而工業機器人作為數控加工的重要組成部分，其應用也越來越廣泛。工業機器人在數控加工中可以實現自動化操作，減少了人力資源的投入。傳統的數控加工需要人工操作機床，不僅勞動強度大，而且容易出現操作失誤，影響產品質量。而工業機器人可以根據預先設定的程序自動完成加工過程，大大提高了加工效率，降低了人為因素對產品質量的影響。

工業機器人以其高效、精準的特點，為數控加工提供了強有力的支持。通過深入研究工業機器人的應用，可以更好地了解其在數控加工中的優勢和潛在的挑戰，為工業界提供更好的解決方案。

1 工業機器人在數控加工中的優勢

工業機器人在數控加工中具有許多優勢。工業機器人具有高度的精確性和重復性，可以實現精密加工，確保產品的質量和一致性。與人工操作相比，機器人能夠更加穩定和準確地執行加工任務，減少了人為因素對加工精度的影響。

工業機器人還具有高效的工作速度和生產能力。機器人可以在連續的工作周期內持續運行，無需休息或疲勞，從而提高了生產效率和產量[1]。

應用工業機器人還可以提高工作環境的安全性。機器人具有自動化和自主性，可以減少人員與危險機器設備接觸的機會，降低了事故和風險。

工業機器人在數控加工中的優勢體現在高精度、高效率、靈活性和安全性方面，它們為企業提供了更穩定、可靠和可持續的生產解決方案，提高了企業的生產效率和競爭力。

2 工業機器人在數控加工中的關鍵技術

2.1 機器人定位與導航

工業機器人在數控加工中的機器人定位與導航技術是實現自動化生產過程中的關鍵技術之一。機器人定位與導航技術的目標是使工業機器人能夠準確地定位并導航到目標位置，以完成特定的加工任務。在數控加工中，工業機器人需要準確地定位到待加工工件的位置，以便進行精確的加工操作。

為了實現這一目標，機器人定位與導航技術采用了多種方法和多個傳感器。常用的方法包括視覺定位、激光定位、慣性導航等。視覺定位是指通過攝像頭或其他視覺傳感器獲取工件或工作環境的圖像信息，然后通過圖像處理算法來計算機器人與目標位置之間的相對位置關系。這種方法具有實現較高的定位精度，但對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射激光束，通過測量激光束的反射時間和角度來計算機器人與目標位置之間的距離和相對位置關系。這種方法適用于大范圍的定位和導航，但需要較復雜的計算和傳感器配置。

慣性導航是利用慣性傳感器（如加速度計、陀螺儀等）來測量機器人的加速度和角速度，然后通過積分計算機器人的位置和方向。這種方法適用于較小范圍的定位和導航，但對于長時間的運動會存在累積誤差[2]。

2.2 路徑規劃與軌跡控制

工業機器人在數控加工中起著至關重要的作用。路徑規劃和軌跡控制是確保機器人在加工過程中高效、準確地執行任務的關鍵步驟。路徑規劃是指確定機器人在加工過程中的最佳路徑，以最大程度地減少時間和能量消耗。

考慮到工件形狀、機器人自身限制以及加工精度要求等因素，需要綜合考慮多個因素。在路徑規劃中，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。通過這些算法，機器人可以通過高效的路徑來完成加工任務。

軌跡控制是確保機器人按照規劃好的路徑準確運動的過程。對于數控加工來說，軌跡控制需要考慮到機器人的動力學特性、加工速度和加工質量等因素。通過采用先進的控制算法和傳感器技術，機器人可以精確地按照規劃好的路徑進行運動，并在加工過程中實時調整軌跡，以保證最終加工結果的質量[3]。工業機器人在數控加工中的路徑規劃和軌跡控制的優勢，不僅在于提高了加工效率和質量，還可以減少人力資源。相比傳統的手工操作，工業機器人可以在短時間內完成復雜的加工任務，并且具有更高的精度和穩定性。

2.3 感知與檢測

工業機器人在數控加工中的感知與檢測技術是現代制造業中的重要一環。它們能夠通過感知和檢測技術來獲取周圍環境的信息，并根據這些信息來判斷和執行相應的任務。感知技術是工業機器人實現自主操作的基礎，通過搭載各種傳感器，如視覺傳感器、力傳感器、觸覺傳感器等，工業機器人可以實時感知到周圍的物體、位置和力量等信息[4]。例如，視覺傳感器可以用于工件的定位和識別，力傳感器可以用于測量和控制加工力度，觸覺傳感器可以用于實現機器人與環境的交互。

檢測技術是工業機器人在加工過程中保證質量和安全的關鍵。通過搭載各種檢測設備和算法，工業機器人可以對加工過程中的各項參數進行實時監測和分析。例如，機器人可以通過檢測工件的尺寸、表面質量和幾何形狀等來確保加工精度，通過檢測刀具磨損情況和加工力矩等來實現刀具的自動更換和故障預警。在數控加工中，工業機器人通過感知與檢測技術的應用，可以提高加工的效率和精度。通過實時感知和檢測，機器人可以自動調整加工參數，優化加工路徑，減少加工誤差，提高產品質量。

2.4 精確力控制

工業機器人在數控加工中的精確力控制技術是一項關鍵技術，它可以提高加工精度和生產效率，并且減少人工操作的風險。

在工業機器人的精確力控制技術中，有以下2個關鍵的方面需要考慮：①機器人的傳感器技術。通過安裝各種傳感器，如力傳感器和視覺傳感器，機器人可以實時感知和測量工件表面的力和位置信息。這些傳感器可以將數據反饋給控制系統，從而使機器人能夠實時調整加工力度，以達到精確的加工要求。②機器人的控制算法。通過使用先進的控制算法，如PID控制算法和自適應控制算法，機器人可以根據傳感器數據和預設的加工要求，實時計算和調整加工力度。控制算法可以幫助機器人在加工過程中保持穩定的力控制，從而提高加工精度。

2.5 自適應控制

工業機器人在數控加工中的自適應控制技術是利用先進的傳感器和控制算法，使機器人能夠根據工件的實際情況自動調整加工過程的技術。該技術可以提高加工過程的精度和效率，減少人工干預的需求。在數控加工中，工業機器人通過預先編程的路徑來執行加工操作。然而，由于工件的尺寸、形狀和材料的差異，以及加工過程中的變形和磨損等因素，機器人執行加工操作時可能會出現誤差。

自適應控制技術的引入可以解決這些問題。一方面，自適應控制技術利用傳感器實時監測工件的尺寸和形狀，以及機器人執行加工操作時的反饋信息，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際情況，并將數據傳輸給控制系統。另一方面，控制算法根據傳感器提供的數據，對機器人的運動進行實時調整。例如，當工件的尺寸發生變化時，機器人可以自動調整加工路徑和速度，以保持加工精度。當工件表面出現磨損或變形時，機器人可以根據傳感器反饋的力和位移信息，調整加工力度和方向，以確保加工質量。

2.6 數據處理與通信

工業機器人在數控加工中的數據處理與通信技術在現代制造業中起著至關重要的作用。工業機器人通過高效的數據處理和通信技術，能夠實現更精確、更高效的數控加工操作，提高生產效率并降低成本。數據處理是工業機器人在數控加工中的關鍵環節之一。通過傳感器和編碼器等設備，工業機器人能夠實時采集并處理各種數據，如工件的尺寸、形狀、位置等信息。通過對這些數據進行分析和處理，工業機器人能夠實現自動化的數控加工操作，并根據需要調整工藝參數，確保加工質量的穩定性和一致性。

通信技術在工業機器人中起著連接和協調各個系統的重要作用[6]。工業機器人通過網絡通信技術，可以與生產線上的其他設備進行實時的數據交換和信息共享。通信技術使得工業機器人能夠與其他設備實現協同工作，實現更加復雜和靈活的生產操作。

3 工業機器人在數控加工中的應用領域

3.1 電動葫蘆減速器的自動化加工

電動葫蘆減速器的自動化加工是一種先進的生產技術，它利用先進的機械設備和自動化控制系統來完成減速器的制造過程。在這種自動化加工過程中，傳統的人工操作被機械化和自動化取代，大大提高了生產效率和產品質量。在自動化加工中，采用了先進的數控機床和機器人技術，可以實現對電動葫蘆減速器的精確加工和組裝。通過預先編程的控制系統，機床和機器人能夠按照設計要求自動完成各項加工工序，如銑削、鉆孔、螺紋加工等，確保產品的尺寸和形狀精度。自動化加工采用先進的傳感器和檢測設備，可以實時監測和控制加工過程中的各項參數，如溫度、壓力、速度等。通過及時調整和優化加工參數，可以保證產品的質量穩定性和一致性。

3.2 起升電機的自動化加工

起升電機的自動化加工是一項重要的工藝，它可以提高生產效率、降低人工成本，并且確保產品的質量穩定。

自動化加工通過引入先進的機器人和計算機控制系統，實現對起升電機生產過程的自動化操作。這些機器人可以完成起升電機的組裝、焊接、涂裝等工序，大大提高了生產效率。計算機控制系統可以對整個生產線進行精確的監控和調控，確保產品質量的穩定性。

自動化加工還可以通過引入智能化設備和傳感器，實現對起升電機生產過程的智能化管理。這些智能化設備可以實時監測生產過程中的各項參數，如溫度、壓力、速度以及產品質量的各項指標等。一旦發現異常，智能化設備可以自動進行調整和修正，保證產品符合標準要求。

自動化加工可以通過優化生產流程，實現生產過程的無人化[7]。例如，可以利用自動化輸送設備，將起升電機的零部件從一個工序自動轉移到下一個工序，減少了人力搬運的需求。利用自動化的倉儲系統，實現對零部件和成品的自動存儲和取貨，提高了物料管理的效率。

起升電機實現自動化加工可以提高生產效率、降低成本，并且確保產品質量的穩定性。隨著科技的不斷進步，自動化加工在工業生產中的應用將會越來越廣泛。表1為電機加工中心刀具表。

4 結束語

工業機器人在數控加工中的應用正逐漸成為制造業發展的重要方向。隨著技術的不斷進步和人工智能的發展，工業機器人在數控加工中的作用將變得更加重要和廣泛。應用工業機器人，不僅可以提高生產效率和產品質量，還可以減少人力成本和勞動強度，提高工作環境的安全性和舒適性。通過自動化的操作，工業機器人可以實現高精度、高速度和高穩定性的加工，滿足不同行業對產品的多樣化需求。

參考文獻

[1] 徐一剛，陳沿宏，陸天睿，等.工業機器人如何在數控加工中應用[J].輕工科技，2021（10）：35-36，53.

[2] 許榮.工業機器人在數控加工技術中的應用探析[J].現代制造技術與裝備，2021（12）：129-131.

[3] 孫梅.工業機器人在數控多軸加工中核心技術研究[J].河北農機，2022（21）：51-53.

[4] 王宇.對工業機器人應用與發展的探討[J].中國科技信息， 2022（7）：134-136.

[5] 裘鈞.我國機器人加工研究現狀分析[J].機械工程師，2022 （3）：1-3.

[6] 申耀武.工業機器人在數控機床中的運用實踐研究[J].湖南農機，2019（1）：5-6，9.

[7] 張傳.工業機器人技術在機械制造中的應用研究[J].中國金屬通報，2019（5）：250-251.

收稿日期：2023-08-25

作者簡介：程洪金（1978—），男，江蘇江陰人，機械工程師，從事數控加工工作。