淺析工業(yè)機器人與數(shù)控機床的融合應用
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發(fā)表時間：2020-07-23 16:23:21
隨著我國裝備制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級，在市場需求和技術(shù)進步雙重作用下，近幾年來工業(yè)機器人與數(shù)控機床集成應用發(fā)展很快，應用的形式不斷擴展，對當前機床智能化潮流帶來新的促動，對我國機床工具行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級也必將起到有益的推動作用。
鑒于機器人研制以及與機床集成應用的發(fā)展現(xiàn)狀，相關(guān)企業(yè)應如何建立有效的組織聯(lián)絡機制，以加強溝通與合作，兩個行業(yè)融合發(fā)展該建立怎樣的技術(shù)規(guī)范與標準，以充分做到資源共享與優(yōu)勢互補，并形成產(chǎn)業(yè)發(fā)展的合力！
機器人產(chǎn)業(yè)正迎來黃金發(fā)展機遇期，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。
淺析工業(yè)機器人與數(shù)控機床的融合應用
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。
一、兩大產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀
經(jīng)過“十一五”、“十二五”兩個五年計劃，十年磨一劍，中國數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)發(fā)展已進入中檔規(guī)模產(chǎn)業(yè)化、高檔小批量生產(chǎn)的階段，產(chǎn)業(yè)整體水平基本具備國際競爭力。數(shù)控系統(tǒng)作為數(shù)控機床的控制大腦，國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)廠家已經(jīng)掌握了五軸聯(lián)動、小線段插補、動態(tài)誤差補償?shù)瓤刂萍夹g(shù)，也研制出高性能、大功率伺服驅(qū)動裝置，自主研發(fā)促進技術(shù)創(chuàng)新與進步，也萌生了工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)的雛形，催長產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
當前，數(shù)控系統(tǒng)研制企業(yè)、機床整機企業(yè)、自動化應用集成商，甚至房地產(chǎn)資本大鱷們，都在嘗試進入機器人領(lǐng)域，掀起了一股機器人產(chǎn)業(yè)投資熱。讓人擔慮的是，政策過度引導帶來的“圈地套惠”、產(chǎn)業(yè)過度投資帶來的產(chǎn)能過剩、缺乏創(chuàng)新驅(qū)動帶來的低端同質(zhì)化競爭等，都將把機器人產(chǎn)業(yè)帶入無序發(fā)展。值得思考的是，什么樣的企業(yè)最適合研制工業(yè)機器人？
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。
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？筆者認為，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。
二、機器人與數(shù)控機床融合的集成方式
在數(shù)控機床加工應用領(lǐng)域，本土機床上下料機器人與數(shù)控機床的融合應用已在先端發(fā)展之列。從行業(yè)應用層次來看，也發(fā)生較大改變：
（1）工作島：單對單聯(lián)動機加、單對多聯(lián) 。
（2）柔性制造系統(tǒng)（FMS）：基于網(wǎng)絡控制的柔性機加線，應用PLC控制平臺，通過工業(yè)以太網(wǎng)總線方式，將多臺機器人、多臺數(shù)控機床及其輔助設備進行聯(lián)網(wǎng)組線，按節(jié)拍進行有序自動生產(chǎn)。
（3）數(shù)字化車間：借助CADCAMCAPPSMES輔助生產(chǎn)工具、物流技術(shù)及傳感技術(shù)，具備生產(chǎn)過程監(jiān)控、在線故障實時反饋、加工工藝數(shù)據(jù)管理、刀具信息管理、設備維護數(shù)據(jù)管理、產(chǎn)品信息記錄等功能，滿足無人化加工需求，實現(xiàn)加工系統(tǒng)的生產(chǎn)計劃、作業(yè)協(xié)調(diào)集成與優(yōu)化運行。
（4）智慧工廠：借助智能化車間布局和ERP信息化管理系統(tǒng)，將最大限度地給傳統(tǒng)生產(chǎn)方式帶來革新。信息管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫可以通過網(wǎng)關(guān)與各種外部的信息系統(tǒng)進行接口，將車間接入ERP系統(tǒng)，查詢車間生產(chǎn)狀態(tài)，實現(xiàn)企業(yè)資源的高效配置；借助其短信平臺、郵件平臺，可以向管理員進行設備故障、生產(chǎn)進度等信息的實時匯報。
三、工業(yè)機器人與數(shù)控機床融合發(fā)展的途徑
1.加工制造方面
機器人參與機床結(jié)構(gòu)件加工制造以實現(xiàn)自動化，專用機床服務于機器人專用減速機的精密加工，提升加工工藝質(zhì)量及批量生產(chǎn)效率等等，具有很大的融合發(fā)展空間。借助雙方企業(yè)的戰(zhàn)略合作，機器人企業(yè)可借助機床廠家的制造與工藝技術(shù)能力實現(xiàn)以下目標：
（1）面向機器人的本體鑄件、減速機結(jié)構(gòu)件，共同研究形成批量精密制造技術(shù)，提高機器人批量化生產(chǎn)能力和工藝水平，攻克可靠性、一致性技術(shù)，實現(xiàn)高效、穩(wěn)定、精密的節(jié)拍生產(chǎn)。
（2）面向機器人工裝、夾具，機加生產(chǎn)線的集成能力，借助各大機床廠的廣大終端客戶渠道資源，委托推廣應用機器人。
（3）研發(fā)面向機床單機及生產(chǎn)線上下料和零部件搬運、鏟刮、倒角、拋磨、焊接、噴涂（粉）等自動化、柔性化生產(chǎn)急需的工業(yè)機器人，機床企業(yè)與工業(yè)機器人企業(yè)共同研制，實現(xiàn)整機零部件的自動加工，推動機床生產(chǎn)制造技術(shù)水平提升。
（4）工業(yè)機器人機械本體的關(guān)鍵零部件，如轉(zhuǎn)盤、大臂、箱體、支撐套、小臂、腕體等，尺寸精度和形位公差均要求較高，對機械加工設備、工裝夾具、量檢具等都有很高的要求；機器人減速器的擺線齒殼、行星針輪、偏心軸及行星架等關(guān)鍵零件的結(jié)構(gòu)優(yōu)化和加工，目前國內(nèi)的加工設備、裝配工藝、精度檢測等還難以達到。但立足使用國產(chǎn)數(shù)控機床及工具設備完成相關(guān)加工，則有助于提高我國高端精密機械零部件設計及加工水平，促進國產(chǎn)數(shù)控裝置與國產(chǎn)數(shù)控機床的應用和發(fā)展。
2.在集成應用方面
機床上下料機器人實現(xiàn)機加柔性生產(chǎn)線將是便捷有效的推廣方式。國內(nèi)數(shù)控機床保有量約200萬臺，機器人企業(yè)首推應用機床上下料柔性機加生產(chǎn)線，將會有很大的市場需求，并且也有利于助推機床制造、機器人等機械零部件走向自動化、數(shù)字化、網(wǎng)絡化的生產(chǎn)方式，可實現(xiàn)過程智能控制、信息化管理，能提高生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量，提高工藝管理水平，直至推動裝備制造業(yè)的整體水平提升。例如，廣州數(shù)控與大連機床、寶雞機床等機床廠家形成戰(zhàn)略合作關(guān)系，共同研發(fā)機器人專用加工機床、加工工藝技術(shù)應用、機器人機加自動柔性生產(chǎn)應用等項目，促進了雙方互相融入各自產(chǎn)業(yè)應用。
國產(chǎn)機器人和機床工具行業(yè)與國際先進水平存在差距，尤其作為新興產(chǎn)業(yè)的工業(yè)機器人，起步晚于國內(nèi)機床產(chǎn)業(yè)，無論制造工藝水平、控制系統(tǒng)，還是集成應用經(jīng)驗；無論技術(shù)標準成熟度，還是專業(yè)人才擁有程度，都制約當前的發(fā)展速度，尚需在摸索中尋求進步。但我們相信，兩者的深度融合，對于提高中國裝備制造業(yè)的綜合競爭力具有重大意義。
鑒于機器人研制以及與機床集成應用的發(fā)展現(xiàn)狀，相關(guān)企業(yè)應如何建立有效的組織聯(lián)絡機制，以加強溝通與合作，兩個行業(yè)融合發(fā)展該建立怎樣的技術(shù)規(guī)范與標準，以充分做到資源共享與優(yōu)勢互補，并形成產(chǎn)業(yè)發(fā)展的合力！
機器人產(chǎn)業(yè)正迎來黃金發(fā)展機遇期，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。
淺析工業(yè)機器人與數(shù)控機床的融合應用
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。
一、兩大產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀
經(jīng)過“十一五”、“十二五”兩個五年計劃，十年磨一劍，中國數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)發(fā)展已進入中檔規(guī)模產(chǎn)業(yè)化、高檔小批量生產(chǎn)的階段，產(chǎn)業(yè)整體水平基本具備國際競爭力。數(shù)控系統(tǒng)作為數(shù)控機床的控制大腦，國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)廠家已經(jīng)掌握了五軸聯(lián)動、小線段插補、動態(tài)誤差補償?shù)瓤刂萍夹g(shù)，也研制出高性能、大功率伺服驅(qū)動裝置，自主研發(fā)促進技術(shù)創(chuàng)新與進步，也萌生了工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)的雛形，催長產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
當前，數(shù)控系統(tǒng)研制企業(yè)、機床整機企業(yè)、自動化應用集成商，甚至房地產(chǎn)資本大鱷們，都在嘗試進入機器人領(lǐng)域，掀起了一股機器人產(chǎn)業(yè)投資熱。讓人擔慮的是，政策過度引導帶來的“圈地套惠”、產(chǎn)業(yè)過度投資帶來的產(chǎn)能過剩、缺乏創(chuàng)新驅(qū)動帶來的低端同質(zhì)化競爭等，都將把機器人產(chǎn)業(yè)帶入無序發(fā)展。值得思考的是，什么樣的企業(yè)最適合研制工業(yè)機器人？
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。
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？筆者認為，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。
二、機器人與數(shù)控機床融合的集成方式
在數(shù)控機床加工應用領(lǐng)域，本土機床上下料機器人與數(shù)控機床的融合應用已在先端發(fā)展之列。從行業(yè)應用層次來看，也發(fā)生較大改變：
（1）工作島：單對單聯(lián)動機加、單對多聯(lián) 。
（2）柔性制造系統(tǒng)（FMS）：基于網(wǎng)絡控制的柔性機加線，應用PLC控制平臺，通過工業(yè)以太網(wǎng)總線方式，將多臺機器人、多臺數(shù)控機床及其輔助設備進行聯(lián)網(wǎng)組線，按節(jié)拍進行有序自動生產(chǎn)。
（3）數(shù)字化車間：借助CADCAMCAPPSMES輔助生產(chǎn)工具、物流技術(shù)及傳感技術(shù)，具備生產(chǎn)過程監(jiān)控、在線故障實時反饋、加工工藝數(shù)據(jù)管理、刀具信息管理、設備維護數(shù)據(jù)管理、產(chǎn)品信息記錄等功能，滿足無人化加工需求，實現(xiàn)加工系統(tǒng)的生產(chǎn)計劃、作業(yè)協(xié)調(diào)集成與優(yōu)化運行。
（4）智慧工廠：借助智能化車間布局和ERP信息化管理系統(tǒng)，將最大限度地給傳統(tǒng)生產(chǎn)方式帶來革新。信息管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫可以通過網(wǎng)關(guān)與各種外部的信息系統(tǒng)進行接口，將車間接入ERP系統(tǒng)，查詢車間生產(chǎn)狀態(tài)，實現(xiàn)企業(yè)資源的高效配置；借助其短信平臺、郵件平臺，可以向管理員進行設備故障、生產(chǎn)進度等信息的實時匯報。
三、工業(yè)機器人與數(shù)控機床融合發(fā)展的途徑
1.加工制造方面
機器人參與機床結(jié)構(gòu)件加工制造以實現(xiàn)自動化，專用機床服務于機器人專用減速機的精密加工，提升加工工藝質(zhì)量及批量生產(chǎn)效率等等，具有很大的融合發(fā)展空間。借助雙方企業(yè)的戰(zhàn)略合作，機器人企業(yè)可借助機床廠家的制造與工藝技術(shù)能力實現(xiàn)以下目標：
（1）面向機器人的本體鑄件、減速機結(jié)構(gòu)件，共同研究形成批量精密制造技術(shù)，提高機器人批量化生產(chǎn)能力和工藝水平，攻克可靠性、一致性技術(shù)，實現(xiàn)高效、穩(wěn)定、精密的節(jié)拍生產(chǎn)。
（2）面向機器人工裝、夾具，機加生產(chǎn)線的集成能力，借助各大機床廠的廣大終端客戶渠道資源，委托推廣應用機器人。
（3）研發(fā)面向機床單機及生產(chǎn)線上下料和零部件搬運、鏟刮、倒角、拋磨、焊接、噴涂（粉）等自動化、柔性化生產(chǎn)急需的工業(yè)機器人，機床企業(yè)與工業(yè)機器人企業(yè)共同研制，實現(xiàn)整機零部件的自動加工，推動機床生產(chǎn)制造技術(shù)水平提升。
（4）工業(yè)機器人機械本體的關(guān)鍵零部件，如轉(zhuǎn)盤、大臂、箱體、支撐套、小臂、腕體等，尺寸精度和形位公差均要求較高，對機械加工設備、工裝夾具、量檢具等都有很高的要求；機器人減速器的擺線齒殼、行星針輪、偏心軸及行星架等關(guān)鍵零件的結(jié)構(gòu)優(yōu)化和加工，目前國內(nèi)的加工設備、裝配工藝、精度檢測等還難以達到。但立足使用國產(chǎn)數(shù)控機床及工具設備完成相關(guān)加工，則有助于提高我國高端精密機械零部件設計及加工水平，促進國產(chǎn)數(shù)控裝置與國產(chǎn)數(shù)控機床的應用和發(fā)展。
2.在集成應用方面
機床上下料機器人實現(xiàn)機加柔性生產(chǎn)線將是便捷有效的推廣方式。國內(nèi)數(shù)控機床保有量約200萬臺，機器人企業(yè)首推應用機床上下料柔性機加生產(chǎn)線，將會有很大的市場需求，并且也有利于助推機床制造、機器人等機械零部件走向自動化、數(shù)字化、網(wǎng)絡化的生產(chǎn)方式，可實現(xiàn)過程智能控制、信息化管理，能提高生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量，提高工藝管理水平，直至推動裝備制造業(yè)的整體水平提升。例如，廣州數(shù)控與大連機床、寶雞機床等機床廠家形成戰(zhàn)略合作關(guān)系，共同研發(fā)機器人專用加工機床、加工工藝技術(shù)應用、機器人機加自動柔性生產(chǎn)應用等項目，促進了雙方互相融入各自產(chǎn)業(yè)應用。
國產(chǎn)機器人和機床工具行業(yè)與國際先進水平存在差距，尤其作為新興產(chǎn)業(yè)的工業(yè)機器人，起步晚于國內(nèi)機床產(chǎn)業(yè)，無論制造工藝水平、控制系統(tǒng)，還是集成應用經(jīng)驗；無論技術(shù)標準成熟度，還是專業(yè)人才擁有程度，都制約當前的發(fā)展速度，尚需在摸索中尋求進步。但我們相信，兩者的深度融合，對于提高中國裝備制造業(yè)的綜合競爭力具有重大意義。
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