摘要：工業(yè)機(jī)器人作為綜合性的高新技術(shù)產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字控制、驅(qū)動(dòng)制造、精密傳動(dòng)與IT、傳感和信息等技術(shù)的有效集合。而在當(dāng)前數(shù)字制造時(shí)代背景下，數(shù)控技術(shù)與人工智能推進(jìn)了工業(yè)機(jī)器人與金屬成形機(jī)床的迅速融合。并通過(guò)高效組合形成了自動(dòng)化極強(qiáng)的集成單元，可以為工業(yè)生產(chǎn)提供更為多元的的智能解決方案?；诖耍恼铝⒆阌诋?dāng)前工業(yè)機(jī)器人與金屬成形機(jī)床集成的常見(jiàn)應(yīng)用類型，分析了其主要形式。進(jìn)而探討了二者集成應(yīng)用中存在的問(wèn)題，并提出了相應(yīng)發(fā)展途徑。

當(dāng)前，我國(guó)已成為全球最大的工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)。據(jù)國(guó)際機(jī)器人聯(lián)盟(IFR)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2015年，我國(guó)工業(yè)機(jī)器人的用量共為6.7萬(wàn)臺(tái)，已成為全球工業(yè)機(jī)器人的第一大市場(chǎng)。并且，我國(guó)先后發(fā)布的《中國(guó)制造2025》、2016-2020年機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃中均提出，到2020年，實(shí)現(xiàn)我國(guó)自主品牌工業(yè)機(jī)器人年產(chǎn)量10萬(wàn)臺(tái)。其中，六軸及以上工業(yè)機(jī)器人年產(chǎn)量超過(guò)5萬(wàn)臺(tái)。在工業(yè)機(jī)器人制造業(yè)不斷發(fā)展的同時(shí)，我國(guó)裝備制造業(yè)也在逐步轉(zhuǎn)型升級(jí)。近年來(lái)，在先進(jìn)技術(shù)進(jìn)步與市場(chǎng)需求多元化的雙重作用下，考慮用工業(yè)機(jī)器人代替人力勞動(dòng)的企業(yè)逐漸增多。而長(zhǎng)期以來(lái)，汽車制造行業(yè)作為工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用的主要領(lǐng)域，受消費(fèi)者自動(dòng)化需求的提升，進(jìn)一步擴(kuò)大了工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用范圍。包括除焊接外的其他大部分領(lǐng)域，如汽車機(jī)床噴涂、打磨、物料搬運(yùn)碼垛、上下料與裝配等。在機(jī)床工具的組成部分當(dāng)中，金屬成形機(jī)床所處的位置即為重要。其成形加工中通常伴有金屬粉塵、噪聲污染、高溫高濕與高勞動(dòng)強(qiáng)度等，工作對(duì)工作人員身體健康的傷害程度較大，且簡(jiǎn)單枯燥，因此企業(yè)招工較為困難。而將工業(yè)機(jī)器人與金屬成形機(jī)床相集成，既能有效提高汽車加工的精度、安全性與工作效率，又可以解決企業(yè)用工難問(wèn)題，發(fā)展空間較大。由此，需對(duì)工業(yè)機(jī)器人與金屬成形機(jī)床集成應(yīng)用進(jìn)行研究，為汽車制造業(yè)發(fā)展提供借鑒[1]。

1、工業(yè)機(jī)器人與金屬成形機(jī)床集成的應(yīng)用類型

1.1工業(yè)機(jī)器人的激光切割

工業(yè)機(jī)器人定位精度高，因此，應(yīng)用其進(jìn)行激光切割已成為激光切割與工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域的主要熱點(diǎn)。在工業(yè)機(jī)器人手臂中集成激光束引導(dǎo)裝置，當(dāng)工業(yè)機(jī)器人跟蹤工件輪廓的同時(shí)，激光束也在工作，從而實(shí)現(xiàn)切削。此類型應(yīng)用的主要特點(diǎn)包括：工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)靈活、柔性高；激光切割質(zhì)量好、速度快且切縫窄，極大地滿足了現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展需要。

1.2熱模鍛集成

熱模鍛生產(chǎn)線通常由切邊與沖壓兩臺(tái)模鍛壓機(jī)組成。在此生產(chǎn)線上，工業(yè)機(jī)器人集成應(yīng)用通常會(huì)配置兩臺(tái)機(jī)器人，一臺(tái)用于將中頻處理后的高溫物料，移送至沖壓成型模鍛壓機(jī)；另一臺(tái)負(fù)責(zé)從沖壓成型模鍛壓機(jī)取料后，移送至另一臺(tái)模鍛壓機(jī)進(jìn)行切邊。為了避免模具被粘附與高溫沖壓工件上，每次沖壓后需用石墨對(duì)模具進(jìn)行潤(rùn)滑。而此過(guò)程處于高溫高濕環(huán)境中，既可由專門機(jī)構(gòu)操作，又可由工業(yè)機(jī)器人完成。如由后者進(jìn)行，可以大幅提升系統(tǒng)安全性于加工效率。但需做好機(jī)器人的維護(hù)工作，提升其抗熱、抗輻射的能力。

1.3數(shù)控折彎?rùn)C(jī)集成

工業(yè)機(jī)器人折彎集成應(yīng)用可分為兩種主要方式，一是工業(yè)機(jī)器人與金屬成形機(jī)床中的各類設(shè)備形成板材柔性加工線，包括真空吸盤抓手、定位臺(tái)、板料傳輸線、工業(yè)機(jī)器人行走軸與激光設(shè)備或數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)沖床等；二是工業(yè)機(jī)器人以折彎?rùn)C(jī)為中心，配置真空吸盤，磁力分張上料架、定位臺(tái)、下料臺(tái)、翻轉(zhuǎn)架形成折彎單元。制造商利用自身在工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)和機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)上的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)可實(shí)現(xiàn)二者的無(wú)縫連接。進(jìn)而開發(fā)出折彎軟件包，對(duì)折彎過(guò)程中工業(yè)機(jī)器人托料實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制[2,3]。在不同折彎速度下，工業(yè)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)匹配的完全跟蹤，使折彎示教實(shí)踐叫從前縮短十倍。

2、工業(yè)機(jī)器人與金屬成形機(jī)床集成應(yīng)用的主要形式

工業(yè)機(jī)器人在金屬成形機(jī)床中的應(yīng)用領(lǐng)域較為廣泛，包括碼操、搬運(yùn)、焊接與裝配等，但一般被作為輔機(jī)使用。目前，工業(yè)機(jī)器人與金屬成形機(jī)床集成應(yīng)用的主要形式如下。

第一，二者集成柔性生產(chǎn)線。此種形式中，工業(yè)機(jī)器人承擔(dān)的工作任務(wù)是轉(zhuǎn)換工件工序，并與多臺(tái)金屬成形機(jī)床組成柔性生產(chǎn)線。其較某種單機(jī)上下料更為復(fù)雜，價(jià)值也更高。在當(dāng)前工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)時(shí)代背景下，市場(chǎng)需求的旺盛程度不斷增加。因此，現(xiàn)場(chǎng)條件與工藝路線等因素對(duì)金屬成形機(jī)床的布局起著決定性因素。常見(jiàn)類型包括對(duì)面布置型、有直線型、U型和L型等。其中，由三臺(tái)金屬成形機(jī)床構(gòu)成的U型布局，主要由一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人在場(chǎng)地中間進(jìn)行工件轉(zhuǎn)換，布局特別緊湊。

第二，單機(jī)上下料。此種形式中，工業(yè)機(jī)器人在金屬成形機(jī)床中的應(yīng)用最為成熟與典型。其對(duì)需要吊裝的笨重工件，以及加工時(shí)間短且生產(chǎn)批量大的中小零件加工來(lái)說(shuō)，明顯優(yōu)勢(shì)是比人工上下料更為安全、速度快且準(zhǔn)確。工業(yè)機(jī)器人與金屬成形機(jī)床的結(jié)構(gòu)關(guān)系可分為兩種形式，即與金屬成形機(jī)床構(gòu)成一體和工業(yè)機(jī)器人安裝于機(jī)床外部。其中，后者又可分為銜架式、移動(dòng)式和固定式等[4]。

第三，獨(dú)立完成加工工序。此種形式中，為工業(yè)機(jī)器人裝上專用手爪，其便可完成機(jī)床清洗、拋光、切割與打磨等工藝。甚至可以直接夾持切削工具，對(duì)工件進(jìn)行切削加工、鉚接、攻絲與打孔等。此外，可將其用于高溫環(huán)境下，進(jìn)行人工難以直接完成的工作，包括更換熱態(tài)模具、上下熱毛坯、澆注、機(jī)械鍛造與鑄造與取鐵液等。在此情形下，工業(yè)機(jī)器人本身便可視為一臺(tái)金屬成形機(jī)床。并且，具備觸覺(jué)與視覺(jué)的工業(yè)機(jī)器人，可以被用于復(fù)雜工序中，如零件分選、上下料與組裝等，且無(wú)需攜帶專用工位器具。

第四，共同完成加工工藝。此種形式中，工業(yè)機(jī)器人在沖剪、折彎?rùn)C(jī)上夾持工件，從而實(shí)現(xiàn)加工操作。此工作不僅是簡(jiǎn)單的上下料，而是替代全部的傳統(tǒng)人工作業(yè)。此形式的主要優(yōu)勢(shì)是較人工操作更為快速、準(zhǔn)確，可以大幅提升提高生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量，甚至有利于徹底解決沖壓類機(jī)床工作中的工傷隱患。

3、我國(guó)工業(yè)機(jī)器人與金屬成形機(jī)床集成應(yīng)用的現(xiàn)狀與問(wèn)題

工業(yè)機(jī)器人與金屬成形機(jī)床在制造原理和結(jié)構(gòu)等諸方面均較為相似，如伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)、數(shù)控系統(tǒng)控制，以及可實(shí)現(xiàn)精確位置移動(dòng)的自動(dòng)裝置等。因此，金屬成形機(jī)床制造商在工業(yè)機(jī)器人的曬制上優(yōu)勢(shì)較為明顯。而這些優(yōu)勢(shì)帶來(lái)的巨大商機(jī)，早已被國(guó)內(nèi)諸多目光敏銳機(jī)床制造企業(yè)所察覺(jué)。所以，早于多年前，便已有部分機(jī)床及企業(yè)介人對(duì)工業(yè)機(jī)器人

的制造與研發(fā)。發(fā)展至當(dāng)前，我國(guó)開展工業(yè)機(jī)器人研制的金屬成形機(jī)床企業(yè)，主要為數(shù)控系統(tǒng)廠和主機(jī)廠兩類。其中，后者的產(chǎn)品門類較為齊全，主要優(yōu)勢(shì)集中于成套項(xiàng)目承接。

然而現(xiàn)階段，雖然我國(guó)工業(yè)機(jī)器人與金屬成形機(jī)床的集成應(yīng)用正日趨廣泛。但從行業(yè)的整體發(fā)展程度來(lái)看，二者集成應(yīng)用在數(shù)量與規(guī)模上，均處于初級(jí)起步階段，與發(fā)達(dá)國(guó)家仍有較大差距。主要表現(xiàn)為以下幾方面：第一，工業(yè)機(jī)器人與金屬成形機(jī)床集成應(yīng)用所處水平較低，諸多先進(jìn)技術(shù)仍未充分應(yīng)用。并且，應(yīng)用形式僅是簡(jiǎn)單地將金屬成形機(jī)床和工業(yè)機(jī)器人相組合，但各自使用分離的控制系統(tǒng)。第二，行業(yè)內(nèi)部缺乏可借鑒與參考的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范或理論基礎(chǔ)，制造商與用戶均缺乏充足的知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)。第三，工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域?qū)儆谛屡d行業(yè)，相關(guān)應(yīng)用型專業(yè)人才十分匱乏，導(dǎo)致諸多項(xiàng)目受阻?？傮w而言，在工業(yè)機(jī)器人與金屬成形機(jī)床集成應(yīng)用中，許多理論與實(shí)踐問(wèn)題均未得到充分認(rèn)識(shí)、論證與解決。

因此，要充分發(fā)揮工業(yè)機(jī)器人與金屬成形機(jī)床的集成應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，還需各餐祝主體的不懈努力。

4、工業(yè)機(jī)器人與金屬形成機(jī)床集成應(yīng)用的發(fā)展路徑

根據(jù)上文所述，當(dāng)前我國(guó)工業(yè)機(jī)器人與金屬成形機(jī)床集成應(yīng)用中仍存在諸多問(wèn)題。因此，需從以下幾方面對(duì)二者的集成應(yīng)用進(jìn)行探討，充分發(fā)揮二者的合力優(yōu)勢(shì)，推進(jìn)汽車制造企業(yè)發(fā)展進(jìn)程。

其一，汽車機(jī)床企業(yè)在研制工業(yè)機(jī)器人的過(guò)程中，應(yīng)充分發(fā)揮產(chǎn)業(yè)自身固有優(yōu)勢(shì)，樹立更高的發(fā)展目標(biāo)。制造商應(yīng)立足于自身實(shí)際發(fā)展需要，完善工業(yè)機(jī)器人與金屬成形機(jī)床集成應(yīng)用的基礎(chǔ)理論研究，提升工作工藝與轉(zhuǎn)配。同時(shí)，需不斷創(chuàng)新，突破減速器與伺服電機(jī)等基礎(chǔ)零部件的傳統(tǒng)束縛，大幅提高國(guó)產(chǎn)汽車制造工藝的質(zhì)量與整體水平。

其二，在金屬成形機(jī)床的制造過(guò)程中，需加入充足的自動(dòng)化功能，促進(jìn)其與工業(yè)機(jī)器人工作的協(xié)調(diào)開展。在此過(guò)程中，汽車制造商需加強(qiáng)對(duì)刀具中先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用研究，包括強(qiáng)刀具磨損與補(bǔ)償?shù)谰叩淖詣?dòng)檢測(cè)與更換等，有效保證汽車機(jī)床加工各單元工作的持續(xù)穩(wěn)定開展。

其三，汽車加工制造商需對(duì)共同協(xié)調(diào)工作的雙方進(jìn)行聯(lián)動(dòng)設(shè)計(jì)，并對(duì)工業(yè)機(jī)器人與金屬成形機(jī)床做出適合雙方的相應(yīng)調(diào)整，形成二者度集中的協(xié)調(diào)有機(jī)統(tǒng)一體。此設(shè)計(jì)與調(diào)整不單是改變機(jī)床機(jī)械的結(jié)構(gòu)，還應(yīng)包括調(diào)整設(shè)備傳感器與整合控制系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人與金屬成型機(jī)床的空間集成。

其四，在促進(jìn)工業(yè)機(jī)器人與金屬成形機(jī)床的集成應(yīng)用過(guò)程中，應(yīng)制定較為完善的技術(shù)規(guī)范與流程，有效滿足二者對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與控制系統(tǒng)等的特殊要求。因此，汽車制造企

業(yè)間應(yīng)建立完備的組織聯(lián)絡(luò)機(jī)制，并在機(jī)制中建立必要的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，加強(qiáng)各環(huán)節(jié)的交流、溝通與協(xié)作，充分實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、資源共享與發(fā)展合力，推進(jìn)我國(guó)機(jī)床工具行業(yè)轉(zhuǎn)

型升級(jí)[5]。

其五，為加快工業(yè)機(jī)器人與金屬成形機(jī)床集成應(yīng)用的普及，應(yīng)加大對(duì)專業(yè)領(lǐng)域人才的培養(yǎng)力度。一方面，需加大工業(yè)機(jī)器人研制與開發(fā)相關(guān)專業(yè)人才的培養(yǎng)力度，促進(jìn)工業(yè)智能機(jī)器人的應(yīng)用與普及。另一方面，在汽車金屬成形機(jī)床制造領(lǐng)域，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用人才的培養(yǎng)，并不斷深化關(guān)人才的專業(yè)知識(shí)與技能水平。

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