【自动化】工业机器人与数控机床的融合应用 2018-07-21

随着我国装备制造业转型升级,在市场需求和技术进步双重作用下,近几年来工业机器人与数控机床集成应用发展很快,应用的形式不断扩展,对当前机床智能化潮流带来新的促动,对我国机床工具行业的转型升级也必将起到有益的推动作用。鉴于机器人研制以及与机床集成应用的发展现状,相关企业应如何建立有效的组织联络机制,以加强沟通与合作,两个行业融合发展该建立怎样的技术规范与标准,以充分做到资源共享与优势互补,并形成产业发展的合力?

一、两大产业现状

我国数控机床中低档产品基本满足市场需求,设计、研发和应用水平有一定提高。可以说,我国数控机床的生产总量和规模已经跃居世界前列。但我国以五轴、高速、精密为代表的高端数控机床在国际竞争中仍然处于弱势地位,与工业发达国家相比仍然存在阶段性差距,特别是高档数控系统为代表的高端关键功能部件对外依存度较高。

机床制造过程中许多岗位主要依赖工人的体力和技能,生产效率低、劳动强度大、缺少熟练技工人才,难以保障产品稳定性和一致性,促使机床行业越来越多地采用工业机器人及智能制造技术来改造传统工艺流程。以往,昂贵的进口机器人和生产线主要在汽车等少数行业使用,在机床行业等装备制造业领域应用比例偏低,很大程度上制约着国内机床行业自动化程度的提高。

因此,如何推动工业机器人产业和机床工具产业的融合发展,如何做到工业机器人与数控机床的互为集成应用,已成为当前现代装备制造业产业升级的重要话题。

此外,随着智能制造行业的不断推进和制造业人力成本的不断提升,工业领域“机器换人”现象普遍。结合我国目前的情况来看,我国人工成本仍然处于上升阶段,并且从2012年工业机器人爆发以来,才持续了不到5年时间,从日本长达10年高速增长的经验走势,我国正在使机器人行业往更深度,更全面的领域发展。

如何提升机器人产业的整体质量?总的来说,具有数控系统的基础,控制系统、伺服电机、伺服控制系统都能够批量生产的企业具有一定优势。日本FUNAC公司的产业推进路线,就是一个成功的典型案例,值得借鉴与参考。

国内已有几家数控系统企业纷纷进入工业机器人产业,走在最先的广州数控,自2006年起规划研制工业机器人产业,已走过8个年头。借助自身控制器、伺服驱动、伺服电机产品生产积累的经验,已完成工业机器人系列化的全自主开发,产品覆盖了3~200kg,功能包括搬运、机床上下料、焊接、码垛、涂胶、打磨抛光、切割、喷涂、分拣、装配等。

随着用工成本上涨、技能人才缺少、高危环保、高强度作业等问题的凸显,工业机器人参与生产制造已被广泛认知和不断使用,成为社会关注的焦点。政府更是借此促进产业转型升级,企业用其开展技术改造,转变生产方式,提高作业效能。然而,中国的机器人保有量不大,民族品牌尚在培育中,综合竞争力有待提升。那么,机器人行业将以什么样的模式向前发展?现阶段更需要机器人整机企业、机器人关键部件供应商、机器人集成商产业链的协同发展。

二、机器人与机床融合的集成方式

工业机器人与机床当前具体的应用形式主要有:

1、单机上下料

单机上下料是机器人在机床上最典型和最成熟的应用。它比人工上下料更准确、迅速、安全。对生产批量大、加工时间短的中小零件加工,或需吊装的笨重工件而言,机器人上下料的优势特别明显。

机器人与机床的结构关系分为机器人安装于机床外部和与机床构成一体两种形式。安装于机床外部的机器人,又分为固定式、移动式和椼架式等类型。

2、机器人与机床组成柔性生产线

由机器人承担工件的工序转换工作,与若干台机床组成柔性生产线,是一种比单机上下料更为复杂也更有价值的一种应用。在当前工业转型升级过程中,市场需求越来越旺盛。

在这种应用场合下,机床布局取决于工艺路线和现场条件等因素。常见的有L型、U型和直线型、对面布置等形式,其中三台数控机床构成U型的布局,由一台机器人在场地中间进行工件转换,这种布局十分紧凑。

3、与机床共同完成加工工艺过程

机器人夹持工件在冲剪、折弯机上实现加工操作,不仅是简单的上下料,而是替代了所有原来的人工作业。这比人工操作更加准确和快速,从而提高了产品质量和生产效率。尤其是彻底解决了冲压类机床的工伤隐患。

4、独立完成加工工序

给机器人装上专用手爪,机器人可以完成切割、打磨、抛光、清洗等工艺过程。甚至于可以让机器人直接夹持切削工具,对工件进行打孔、攻丝、铆接,也可以进行切削加工。在这种情形下,机器人本身就是一台机床。

具备视觉、触觉的机器人可以用于组装、零件分选等复杂工序,即使是上下料,也可以不用带有定位装置的专用工位器具。

给机器人装备特殊手爪,可用于高温环境下作业的铸造、锻造机械,完成取铁水、浇注、上下热毛坯、更换热态的模具等人工难以直接完成的工作。

三、常见的集成四大应用举例

1、数控折弯机集成应用

机器人折弯集成应用主要有两种方式。一是以折弯机为中心,机器人配置真空吸盘,磁力分张上料架、定位台、下料台、翻转架形成折弯单元。二是机器人与激光设备或数控转台冲床、工业机器人行走轴,板料传输线,定位台,真空吸盘抓手形成的板材柔性加工线。利用机器人控制系统与机床数控系统的技术和平台,实现无缝连接,开发折弯软件包,对折弯过程中机器人托料实现闭环控制。在不同折弯速度下,机器人实现自动匹配的完全跟踪,折弯软件包也使折弯示教时间从过去2-3天缩短到2-3小时。在开关柜、文件柜、电梯、防盗门等加工中得到很好应用。

2、压力机冲压集成应用

机器人与压力机冲压集成应用主要有两种方式。一是单台机器人冲压上下料:通过机器人将板料从拆垛台移送到定位台,定位后再移送到压力机模具中实施冲压,冲压结束后,通过机器人取料放入堆垛台,实现单台压力机机器人自动上下料。二是机器人冲压连线:通过多台机器人在多台压力机之间建立冲压连线。根据加工工件成形工艺要求,需要在多台压力机配合加工,整条生产线由拆垛机器人,上料机器人、压力机之间传输搬运机器人,尾线机器人组成。与直线坐标的机械手相比,采用工业机器人更有柔性,对模具没有等高要求,容易集成。利用自主压力机控制系统和机器人控制系统无缝连接,使机器人的动作和压力机达到最佳协调,利用现场总线,使整条生产线效率最大化,安全性更高

3、热模锻集成应用

热模锻生产线通常由两台模锻压机组成,一台用于冲压,另一台用于切边。热模锻机器人集成应用通常配置两台机器人,一台负责将中频炉处理后的高温物料移送给冲压成形模锻压机,另一台负责从冲压成形模锻压机取料后移送到另一台模锻压机进行切边。为防止高温冲压工件粘住模具,需要每次冲压后对模具进行石墨润滑,润滑可以由机器人完成,也可以采用专门机构实现。由于锻造是高温高湿且又有石墨润滑带来的恶劣环境,特别要注意机器人的防护工作以及机器人本身抗热辐射能力,4-5-6轴电机在机器人大臂和小臂连接处,具有自我远离热辐射的结构特点。在模锻压机安装电子凸轮控制系统,使模锻压机运行与机器人运行协调,提高加工效率,提升系统的安全性。

4、焊接应用

焊接是成形机床板材加工后道工序,机器人焊接有电阻焊和弧焊两种类型,焊接机器人应用占整个机器人应用的40%以上。弧焊应用是以机器人为核心,配置焊机、送丝机、焊枪、工装夹具等组成焊接工作站。6kg、臂长为1400、1600和2000mm的专用弧焊机器人工作站。电阻焊应用是以机器人为核心,配置点焊枪、焊接控制器、水气单元、管线包、工装夹具等组成点焊工作站。220kg、臂长2600mm的专用电阻焊机器人工作站。此外,为焊接应用开发专用焊接软件包,将焊接专家工艺参数库集成到机器人系统中,满足各种类型需要。

素材来源:埃斯顿自动化、杉本自动化、电子发烧友网及网络,由头条号作者“苏州智能制造”整理后发布,版权归原作者所有


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