关于机器人技术在机械加工中的应用

张演

摘 要 现如今，高速發展的工业机器人已经广泛应用在机械加工方面。本文首先简要分析了工业机器人产业的应用现状，并据此探讨总结了机器人技术加工体系存在的缺点，最后对其未来的发展趋势进行了展望。

关键词 机器人技术；机械加工；应用

中图分类号 TH16 文献标识码 A 文章编号 2095-6363（2017）14-0003-01

诞生于20世纪80年代初期的机器人技术已经得到了缓慢而长期的发展。到20世纪90年代，在计算机技术、网络技术以及微电子技术快速发展的基础上，机器人技术也得到了高速的发展。如今，工业机器人技术已经成为集各种先进技术于一身的综合性自动化技术，有着先进工业技术的软硬件结合、高效益的特点，也是计算机集成制造系统、自动化工厂以及柔性制造体系等现代化制造体系的主要构成成分。当今，拥有自动化程度高、通用性、可编程、柔性好的工业机器人已经被大范围使用在工业加工制造业。

1 机器人技术的发展和应用

20世纪60年代，美国研发出第一台机器人——Unimate。随后，工业机器人逐渐被应用到汽车行业以及制造加工业等各个领域，提升了产品的一致性和加工效率。我国对工业机器人的钻研从起步至今已取得显著的进展，大体上把握了工业机器人的设计制造手段、机器人使用中单元以及生产线的制造等技术，研发出多种类的机器人，部分产品的技术水准已属于国际先进水准。近年来，随着我国经济的飞速发展，制造业的高速推进，我国对作为自动化产业的重要构成成分的工业机器人的需求剧烈，工业机器人已大范围使用在喷涂、组装、焊接、产品的检测及测试、采集及搬运等方面。在机械加工方面使用工业机器人能有效减少产品的成本以及废品率，提升设备的整体利用率，降低人工，促进技术创新，提升竞争力等。

2 机器人自动化加工中的应用及问题

工业机器人可降低成本、提高效率而且柔性好，因此能够代替传统机械加工中的自动化加工设备。

2.1 轨迹规划

在进行机械加工生产时，为迎合生产过程工业机器人必须做完各种运动轨迹。进行的各种运动轨迹对产品零件的形状以及加工精度会产生直接的影响，所以为提成加工质量，必须对工业机器人的轨迹规划进行由线及面，建立三维形象的研究。机械结构通常有差异的机械加工比较复杂，因为工业机器人拥有较高的自动化水平，在应用健全的CAD/CAM技术基础上，加以计算机技术以及精密仪器的进步，进而规划并优化轨迹，能够有效提升机械加工的质量。

2.2 离线编程

作为可编程的机械设备，工业机器人的编程能力对其智能型以及灵活性有很大作用。示教编程过程复杂、低效，不能规划复杂路径；离线编程不使用机器人以及其控制系统，能够依据零件的加工信息编程外部程序。其中，以Solidworks为基本的工业机器人离线编程系统可以集合精准计算工业机器人的位置坐标、自动生成作业程序以及逆运算的三大功能，而且能够以运动仿真计算结果。在计算机技术的逐渐完善的过程中，其强大的计算能力以及图形处理功能可以极大地促进机器人机械加工离线编程能力的提升。

2.3 刚度和精度问题

如今，高精度的加工任务已能够使用高精度的数控机床实现。加工机器人有和机床一样的功能，能够用于机械的切削以及加工，其运动原则涉及到精度以及刚度的影响。手臂通常为悬臂梁细长的传统机器人缺乏整体刚性，而且其垂直于手臂载荷的承载能力很低。因此，传统机器人难以实现对大型零件的加工。因为串联机器人在刚度上的水平不够，所以工业机器人只能将软材质材料作为加工对象。另外，工业机器人的加工精度仍达不到机械加工复杂零件的精度要求。加工机器人急需要进行机器人刚度以及精度方面的技术提升。

2.4 信息交换问题

机器人是机器人自动化加工体系的组成部分，不能够单独存在。加工机器人以及以加工机器人为核心的辅助机器人群体为机器人自动化加工系统的硬件组成，涉及到上下料机器人、测量机器人、换刀机器人等以及集中控制机器人群的主控计算机。信息交换问题广泛存在于机器人之间、计算机与机器人之间、管理系统和与加工系统之间。如今，机械工厂中有着典型的信息沟通问题。同时，机器人群之间没有进行通讯的统一标准。因此，全球所有的机器人生产企业都需要加快进行机器人语言的规范标准化。

2.5 工作范围问题

机器人手腕中点或者手臂终点所能触及的全部点的集合即为机器人的工作范围。机器人的工作范围的大小以及形状对任务完成度的意义重大。如果在进行任务的过程中，存在机器人的手部不可以触及的工作死区，就不可以完成预定任务。因为机器人的姿态能力以及移动能力互相补充、关联，所以对机器人作业空间的计算十分困难。因此，在开展机器人机械加工的过程中，需要考虑工作死区，避免其工作过程中出现碰撞或者干涉的问题。

3 展望和总结

伴随现代机器人技术的不断进步，我国工业机器人的应用数量以及范围持续快速增加，并大范围地使用于机械加工领域。工业机器人的特点是具有较高自动化程度、较好的柔性、所需较少成本，能够进行机械零部件、复杂模型和雕刻、大型材料的加工。另外，使用在数控领域较为先进的CAD-CAM技术，工业机器人加工会自然而然地向机器人机械加工方面发展，其在软件编程、加工以及应用等领域也有了不同程度的应用与发展。工业机器人相较于传统的数控机床，其用于机械加工方面时被规划轨迹、离线编程、刚度及精度、信息交换以及工作范围等因素的约束，需要进一步提升其技术水平。总之，作为先进制造手段的模范代表，工业机器人是工业向自动化推进的必然选择。

4 结论

近年来，工业机器人技术已取得了显著的发展，和大多数传统机床相比，将机器人使用在机械加工领域存在着明显的自身优点。伴随着国内外研究人员的不断深入研究，为满足市场产品要求，工业机器人会进一步向智能化、高精度的方向进步。因此，在之后的很短一段时间，并联机床有极大可能将在部分专业领域科学有效地补充甚至替代传统机床。

参考文献

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