我們常說團結(jié)就是力量，只有相互配合，才能把工作做得更加完美。這不僅僅適用于人類。

工業(yè)機器人和數(shù)控機床也是一樣的，也是需要相互配合才能做好工作，提高工廠的生產(chǎn)效率。

所以今天要學習的是工業(yè)機器人和數(shù)控機床是怎么配合工作的？以FANUC機器人為例。

FANUC機器人在電機外殼加工生產(chǎn)線上的應用過程，采用機器人自動上下料技術(shù)及利用iRVision視覺系統(tǒng)，合理地規(guī)劃機器人運動軌跡，把工業(yè)機器人搬運技術(shù)及數(shù)控機床加工技術(shù)有機地組合起來，實現(xiàn)自動裝卸工件、自動碼放加工成品，實現(xiàn)產(chǎn)品的高精度、高效率和低成本加工。

1、FANUC機器人

自動加工生產(chǎn)線配置了兩臺FANUC Robot M－20iA搬運系統(tǒng)機器人，其中一臺機器人作為行走機器人R1，使用FANUC伺服電動機αiF12／3000控制，通過精密減速機、齒輪及齒條進行傳動，重復精度高，可以輕松適應機床在導軌兩側(cè)布置的方案。

主要用于毛坯工件的抓取、機床上料、加工工序間工件抓取以及加工成品卸除并運送到傳輸帶上。

另一臺固定機器人R2結(jié)合FANUC獨有的智能機器人技術(shù)（iRVision視覺功能），用于下料，在料筐里碼放加工成品。

FANUC Robot M－20iA機器人各環(huán)節(jié)每一個結(jié)合處為一個關(guān)節(jié)點或坐標系，其外形及各關(guān)節(jié)位置如下圖所示。

2、自動加工線設(shè)備布置

電機外殼自動加工生產(chǎn)線由上料輸送帶和下料輸送帶（分別配置iRVision視覺系統(tǒng)）、行走機器人R1（導軌式）、固定機器人R2、兩臺VM850立式加工中心、一臺CLX360數(shù)控車床、成品料筐和系統(tǒng)控制柜等組成，各設(shè)備布置如下圖所示。

3、 數(shù)控加工工藝

工件為電機外殼， 如下圖所示， 為大批量生產(chǎn)， 材料是ADC12鋁合金。加工內(nèi)容包含端面銑削鉆孔、攻螺紋和內(nèi)孔車削等內(nèi)容。

零件加工工序內(nèi)容分配如下：

（1）VM850立式加工中心1進行M4螺紋底孔鉆孔、M4螺紋攻螺紋及銑削外圓凸臺工序加工，如下圖所示。

（2）VM850加工中心2進行鉆6個φ 5．5mm的通孔、孔口倒角工序加工，如下圖所示。

（3）CLX360數(shù)控車床進行內(nèi)孔及臺階孔、孔口倒角工序加工，如下圖所示。

此外， 還需要設(shè)計專用夾具， 加工中心夾具采用內(nèi)夾方式，數(shù)控車床采用外夾方式。

4、機器人自動上下料動作設(shè)計

根據(jù)工件的外形特點設(shè)計機器人氣動手爪部件，包含氣動、傳感器及機械部件等。工件加工工藝流程如下：

①毛坯工件擺放在上料傳送帶上。

②行走機器人R1復合手爪抓取毛坯工件，行走到加工中心位置，將工件安裝到加工中心的專用夾具上，如下圖所示。

③待加工中心1加工完成后，行走機器人R1復合手爪取下工件，行走到加工中心2位置，將工件安裝到加工中心2的專用夾具上，如下圖所示。

④待加工中心2加工完成后，行走機器人R1取下工件到數(shù)控車床位置，將工件安裝到專用夾具上，如圖9所示。待工件加工完成后取下工件，機器人行走到工件翻轉(zhuǎn)臺位置，進行工件翻轉(zhuǎn)、交換，如下圖所示。

⑤工件在翻轉(zhuǎn)臺進行交換后，機器人R1把加工成品放置在下料傳送帶上，如圖11所示，由機器人R2進行工件下料、自動碼放在成品料筐中，如下圖所示。

至此， 結(jié)束一個完整的加工流程。各加工工序有相應的節(jié)拍，經(jīng)過調(diào)整CNC加工程序以及機器人動作程序后，可實現(xiàn)數(shù)控機床加工與機器人上下料的完美組合。

5、 專用夾具設(shè)計

依據(jù)三臺數(shù)控機床各自的加工工序任務，設(shè)計三套組合氣動夾具，介紹如下。

（1）立式加工中心1專用夾具：立式加工中心1進行鉆孔、攻，如下圖所示。

（2） 立式加工中心2 專用夾具：立式加工中心2進行鉆6個φ 5．5mm的通孔、孔口倒角工序加工，設(shè)計以氣動三爪自定心卡盤夾緊工件，以兩個彈性V形塊定向的夾具，如下圖所示。

1．啟動卡盤 2．支承塊 3．彈性V形塊 4．特制卡爪

（3）數(shù)控車床專用夾具：數(shù)控車床進行內(nèi)孔及臺階孔、孔口倒角工序加工，設(shè)計以一面兩銷定位工件、以氣動旋轉(zhuǎn)夾緊器夾緊方式的夾具。

6 、機器人、P LC與數(shù)控機床的接口

為保證機器人與數(shù)控機床的安全配合，要建立機器人、PLC以及數(shù)控機床之間安全可靠的通信連接。

在硬件方面，通過屏蔽電纜將三者之間相應的輸入與輸出點進行連接。軟件方面，通過機器人專用軟件、PLC接口，采集機床和機器人當前狀態(tài)，編寫相應的符合上下料邏輯的控制程序，最終達到數(shù)控機床與機器人的有效通信。

重點需要處置緊急停止信號、數(shù)控機床準備完成信號、機器人手爪氣動信號、數(shù)控機床夾具松夾信號以及安全門信號等，數(shù)控機床狀態(tài)監(jiān)控畫面如下圖所示。

隨著工業(yè)機器人的應用越來越廣泛，應用技術(shù)也越來越高，因此工業(yè)機器人自動上下料機構(gòu)作為數(shù)控機床輔助部件，越來越受到機床制造商和用戶的重視。

通過機器人和數(shù)控機床的緊密配合，保證系統(tǒng)加工過程的緊密性，降低了工人的勞動強度，大大提高了工作效率，具有較好的應用價值。

工業(yè)機器人與數(shù)控機床融合發(fā)展的途徑探討

近年來，機床行業(yè)市場規(guī)模整體萎縮、產(chǎn)能過剩等問題日益凸顯，機床工具產(chǎn)業(yè)正面臨和經(jīng)受調(diào)整轉(zhuǎn)型的嚴峻考驗。自2011年起，機床企業(yè)的凈利潤紛紛開始下滑，整個機床行業(yè)可謂萬馬齊喑。與此同時，隨著勞動力成本的上升以及企業(yè)智能化的轉(zhuǎn)型，機器人市場卻備受追捧。

事實上，相對于其他行業(yè)，機床行業(yè)進軍機器人有著無可比擬的優(yōu)勢。機器人關(guān)鍵應用在于運動控制，而運動控制則是保證機床精度的一個重要因素。從這個角度來說，機床制造與機器人制造技術(shù)關(guān)聯(lián)度非常大。

除傳統(tǒng)的焊接應用外，機器人在機床上下料、物料搬運碼垛、打磨、噴涂、裝配等領(lǐng)域也得到了廣泛應用。金屬成形機床是機床工具的重要組成部分，成形加工通常與高勞動強度、噪聲污染、金屬粉塵等名詞聯(lián)系在一起，高溫高濕甚至有污染的作業(yè)環(huán)境使得這個崗位招人困難。工業(yè)機器人與成形機床集成，不僅可以解決企業(yè)用人問題，同時也能提高加工效率和安全性、提升加工精度，目前已成為大的發(fā)展趨勢。

機床是生產(chǎn)機器零部件的機器，簡單地說就是生產(chǎn)機器的機器。數(shù)控機床是機床的數(shù)字化和智能化，主要通過數(shù)控裝置發(fā)出信號，控制機床按圖紙的要求，根據(jù)形狀和尺寸，自動地將零件加工生產(chǎn)。數(shù)控機床較好地解決了復雜、精密、小批量、多品種的零件加工問題。說白了，就是機械零部件的生產(chǎn)從手工化，到機械化，再到數(shù)字化的應用過程。

而機器人是高精尖的高科技產(chǎn)品，很多核心零部件比如伺服電機、驅(qū)動器、控制器、減速器等都需要精確度高的機床來生產(chǎn)，包括轉(zhuǎn)盤、大臂、小臂、箱體、腕體等關(guān)鍵零部件也是靠機床完成得，即便人工和機械能生產(chǎn)出來，也很難確保產(chǎn)品的精確度。

核心或者關(guān)鍵零部件有絲毫的誤差都會影響機器人的運動和操作精度。尤其是電子產(chǎn)品行業(yè)對機器人的要求非常苛刻。所以，只有確保關(guān)鍵技術(shù)和零部件的精確度，機器人應用和推廣才有技術(shù)和質(zhì)量基礎(chǔ)。洛江區(qū)政府的這一做法，將很好地推動機器人產(chǎn)品生產(chǎn)，對提到產(chǎn)品質(zhì)量有很大示范性作用。

此外，中國機器人市場未來可預期的快速增長或也是上述機床行業(yè)紛紛涉足的關(guān)鍵原因之一。

工業(yè)機器人與數(shù)控機床的融合應用

兩大產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

我國數(shù)控機床中低檔產(chǎn)品基本滿足市場需求，設(shè)計、研發(fā)和應用水平有一定提高。可以說，我國數(shù)控機床的生產(chǎn)總量和規(guī)模已經(jīng)躍居世界前列。但我國以五軸、高速、精密為代表的高端數(shù)控機床在國際競爭中仍然處于弱勢地位，與工業(yè)發(fā)達國家相比仍然存在階段性差距，特別是高檔數(shù)控系統(tǒng)為代表的高端關(guān)鍵功能部件對外依存度較高。

機床制造過程中許多崗位主要依賴工人的體力和技能，生產(chǎn)效率低、勞動強度大、缺少熟練技工人才，難以保障產(chǎn)品穩(wěn)定性和一致性，促使機床行業(yè)越來越多地采用工業(yè)機器人及智能制造技術(shù)來改造傳統(tǒng)工藝流程。以往，昂貴的進口機器人和生產(chǎn)線主要在汽車等少數(shù)行業(yè)使用，在機床行業(yè)等裝備制造業(yè)領(lǐng)域應用比例偏低，很大程度上制約著國內(nèi)機床行業(yè)自動化程度的提高。

因此，如何推動工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)和機床工具產(chǎn)業(yè)的融合發(fā)展，如何做到工業(yè)機器人與數(shù)控機床的互為集成應用，已成為當前現(xiàn)代裝備制造業(yè)產(chǎn)業(yè)升級的重要話題。

此外，隨著智能制造行業(yè)的不斷推進和制造業(yè)人力成本的不斷提升，工業(yè)領(lǐng)域“機器換人”現(xiàn)象普遍。結(jié)合我國目前的情況來看，我國人工成本仍然處于上升階段，并且從2012年工業(yè)機器人爆發(fā)以來，才持續(xù)了不到5年時間，從日本長達10年高速增長的經(jīng)驗走勢，我國正在使機器人行業(yè)往更深度，更全面的領(lǐng)域發(fā)展。

如何提升機器人產(chǎn)業(yè)的整體質(zhì)量？總的來說，具有數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)，控制系統(tǒng)、伺服電機、伺服控制系統(tǒng)都能夠批量生產(chǎn)的企業(yè)具有一定優(yōu)勢。日本FUNAC公司的產(chǎn)業(yè)推進路線，就是一個成功的典型案例，值得借鑒與參考。請加微信公眾號：股權(quán)內(nèi)參(eguquan) 馬云都在關(guān)注

國內(nèi)已有幾家數(shù)控系統(tǒng)企業(yè)紛紛進入工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)，走在最先的廣州數(shù)控，自2006年起規(guī)劃研制工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)，已走過8個年頭。借助自身控制器、伺服驅(qū)動、伺服電機產(chǎn)品生產(chǎn)積累的經(jīng)驗，已完成工業(yè)機器人系列化的全自主開發(fā)，產(chǎn)品覆蓋了3~200kg，功能包括搬運、機床上下料、焊接、碼垛、涂膠、打磨拋光、切割、噴涂、分揀、裝配等。

隨著用工成本上漲、技能人才缺少、高危環(huán)保、高強度作業(yè)等問題的凸顯，工業(yè)機器人參與生產(chǎn)制造已被廣泛認知和不斷使用，成為社會關(guān)注的焦點。政府更是借此促進產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，企業(yè)用其開展技術(shù)改造，轉(zhuǎn)變生產(chǎn)方式，提高作業(yè)效能。然而，中國的機器人保有量不大，民族品牌尚在培育中，綜合競爭力有待提升。那么，機器人行業(yè)將以什么樣的模式向前發(fā)展？現(xiàn)階段更需要機器人整機企業(yè)、機器人關(guān)鍵部件供應商、機器人集成商產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同發(fā)展。

機器人與機床融合的集成方式

工業(yè)機器人與機床當前具體的應用形式主要有：

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用。它比人工上下料更準確、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雜也更有價值的一種應用。在當前工業(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，對工件進行打孔、攻絲、鉚接，也可以進行切削加工。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。