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       摘 要 ：工業(yè)機器人作為綜合性的高新技術產(chǎn)品，實現(xiàn)了數(shù)字控制、驅動制造、精密傳動與 IT、傳感和信息等技術的有效集合。而在當前數(shù)字制造時代背景下，數(shù)控技術與人工智能推進了工業(yè)機器人與金屬成形機床的迅速融合。并通過高效組合形成了自動化極強的集成單元，可以為工業(yè)生產(chǎn)提供更為多元的的智能解決方案。基于此，文章立足于當前工業(yè)機器人與金屬成形機床集成的常見應用類型，分析了其主要形式。進而探討了二者集成應用中存在的問題，并提出了相應發(fā)展途徑。
 
      關鍵詞 ：工業(yè)機器人 ；金屬 ；成形機床 ；集成應用

      當前，我國已成為全球最大的工業(yè)機器人市場。據(jù)國際機器人聯(lián)盟 (IFR) 統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示， 2015 年，我國工業(yè)機器人的用量共為 6.7 萬臺，已成為全球工業(yè)機器人的第一大市場。并且，我國先后發(fā)布的《中國制造 2025》、2016-2020年機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃中均提出，到 2020 年，實現(xiàn)我國自主品牌工業(yè)機器人年產(chǎn)量 10 萬臺。其中，六軸及以上工業(yè)機器人年產(chǎn)量超過 5 萬臺。在工業(yè)機器人制造業(yè)不斷發(fā)展的同時，我國裝備制造業(yè)也在逐步轉型升級。近年來，在先進技術進步與市場需求多元化的雙重作用下，考慮用工業(yè)機器人代替人力勞動的企業(yè)逐漸增多。而長期以來，汽車制造行業(yè)作為工業(yè)機器人應用的主要領域，受消費者自動化需求的提升，進一步擴大了工業(yè)機器人的應用范圍。包括除焊接外的其他大部分領域，如汽車機床噴涂、打磨、物料搬運碼垛、上下料與裝配等。在機床工具的組成部分當中，金屬成形機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、高溫高濕與高勞動強度等，工作對工作人員身體健康的傷害程度較大，且簡單枯燥，因此企業(yè)招工較為困難。而將工業(yè)機器人與金屬成形機床相集成，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)用工難問題，發(fā)展空間較大。由此，需對工業(yè)機器人與金屬成形機床集成應用進行研究，為汽車制造業(yè)發(fā)展提供借鑒 [1]。
 
       1 、工業(yè)機器人與金屬成形機床集成的應用類型
 
       1.1 工業(yè)機器人的激光切割
 
       工業(yè)機器人定位精度高，因此，應用其進行激光切割已成為激光切割與工業(yè)機器人應用領域的主要熱點。在工業(yè)機器人手臂中集成激光束引導裝置，當工業(yè)機器人跟蹤工件輪廓的同時，激光束也在工作，從而實現(xiàn)切削。此類型應用的主要特點包括 ：工業(yè)機器人運動靈活、柔性高 ；激光切割質量好、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模鍛壓機組成。在此生產(chǎn)線上，工業(yè)機器人集成應用通常會配置兩臺機器人，一臺用于將中頻處理后的高溫物料，移送至沖壓成型模鍛壓機 ；另一臺負責從沖壓成型模鍛壓機取料后，移送至另一臺模鍛壓機進行切邊。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模具進行潤滑。而此過程處于高溫高濕環(huán)境中，既可由專門機構操作，又可由工業(yè)機器人完成。如由后者進行，可以大幅提升系統(tǒng)安全性于加工效率。但需做好機器人的維護工作，提升其抗熱、抗輻射的能力。
 
      1.3 數(shù)控折彎機集成
 
      工業(yè)機器人折彎集成應用可分為兩種主要方式，一是工業(yè)機器人與金屬成形機床中的各類設備形成板材柔性加工線，包括真空吸盤抓手、定位臺、板料傳輸線、工業(yè)機器人行走軸與激光設備或數(shù)控轉臺沖床等 ；二是工業(yè)機器人以折彎機為中心，配置真空吸盤，磁力分張上料架、定位臺、下料臺、翻轉架形成折彎單元。制造商利用自身在工業(yè)機器人控制系統(tǒng)和機床數(shù)控系統(tǒng)上的技術優(yōu)勢，實現(xiàn)可實現(xiàn)二者的無縫連接。進而開發(fā)出折彎軟件包，對折彎過程中工業(yè)機器人托料實現(xiàn)閉環(huán)控制 [2,3]。在不同折彎速度下，工業(yè)機器人實現(xiàn)了自動匹配的完全跟蹤，使折彎示教實踐叫從前縮短十倍。
 
     2、 工業(yè)機器人與金屬成形機床集成應用的主要形式
 
     工業(yè)機器人在金屬成形機床中的應用領域較為廣泛，包括碼操、搬運、焊接與裝配等，但一般被作為輔機使用。目前，工業(yè)機器人與金屬成形機床集成應用的主要形式如下。
 
       第一，二者集成柔性生產(chǎn)線。此種形式中，工業(yè)機器人承擔的工作任務是轉換工件工序，并與多臺金屬成形機床組成柔性生產(chǎn)線。其較某種單機上下料更為復雜，價值也更高。在當前工業(yè)轉型升級時代背景下，市場需求的旺盛程度不斷增加。因此，現(xiàn)場條件與工藝路線等因素對金屬成形機床的布局起著決定性因素。常見類型包括對面布置型、有直線型、U 型和 L 型等。其中，由三臺金屬成形機床構成的 U型布局，主要由一臺工業(yè)機器人在場地中間進行工件轉換，布局特別緊湊。
 
       第二，單機上下料。此種形式中，工業(yè)機器人在金屬成形機床中的應用最為成熟與典型。其對需要吊裝的笨重工件，以及加工時間短且生產(chǎn)批量大的中小零件加工來說，明顯優(yōu)勢是比人工上下料更為安全、速度快且準確。工業(yè)機器人與金屬成形機床的結構關系可分為兩種形式，即與金屬成形機床構成一體和工業(yè)機器人安裝于機床外部。其中，后者又可分為銜架式、移動式和固定式等 [4]。
 

     第三，獨立完成加工工序。此種形式中，為工業(yè)機器人裝上專用手爪，其便可完成機床清洗、拋光、切割與打磨等工藝。甚至可以直接夾持切削工具，對工件進行切削加工、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、機械鍛造與鑄造與取鐵液等。在此情形下，工業(yè)機器人本身便可視為一臺金屬成形機床。并且，具備觸覺與視覺的工業(yè)機器人，可以被用于復雜工序中，如零件分選、上下料與組裝等，且無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)機器人在沖剪、折彎機上夾持工件，從而實現(xiàn)加工操作。此工作不僅是簡單的上下料，而是替代全部的傳統(tǒng)人工作業(yè)。此形式的主要優(yōu)勢是較人工操作更為快速、準確，可以大幅提升提高生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質量，甚至有利于徹底解決沖壓類機床工作中的工傷隱患。
 
     3 、我國工業(yè)機器人與金屬成形機床集成應用的現(xiàn)狀與問題
 
     工業(yè)機器人與金屬成形機床在制造原理和結構等諸方面均較為相似，如伺服電機驅動、數(shù)控系統(tǒng)控制，以及可實現(xiàn)精確位置移動的自動裝置等。因此，金屬成形機床制造商在工業(yè)機器人的曬制上優(yōu)勢較為明顯。而這些優(yōu)勢帶來的巨大商機，早已被國內(nèi)諸多目光敏銳機床制造企業(yè)所察覺。所以，早于多年前，便已有部分機床及企業(yè)介人對工業(yè)機器人
的制造與研發(fā)。發(fā)展至當前，我國開展工業(yè)機器人研制的金屬成形機床企業(yè)，主要為數(shù)控系統(tǒng)廠和主機廠兩類。其中，后者的產(chǎn)品門類較為齊全，主要優(yōu)勢集中于成套項目承接。

  
      然而現(xiàn)階段，雖然我國工業(yè)機器人與金屬成形機床的集成應用正日趨廣泛。但從行業(yè)的整體發(fā)展程度來看，二者集成應用在數(shù)量與規(guī)模上，均處于初級起步階段，與發(fā)達國家仍有較大差距。主要表現(xiàn)為以下幾方面 ：第一，工業(yè)機器人與金屬成形機床集成應用所處水平較低，諸多先進技術仍未充分應用。并且，應用形式僅是簡單地將金屬成形機床和工業(yè)機器人相組合，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標準規(guī)范或理論基礎，制造商與用戶均缺乏充足的知識與經(jīng)驗。第三，工業(yè)機器人領域屬于新興行業(yè)，相關應用型專業(yè)人才十分匱乏，導致諸多項目受阻。總體而言，在工業(yè)機器人與金屬成形機床集成應用中，許多理論與實踐問題均未得到充分認識、論證與解決。
因此，要充分發(fā)揮工業(yè)機器人與金屬成形機床的集成應用優(yōu)勢，還需各餐祝主體的不懈努力。
   
     4 、工業(yè)機器人與金屬形成機床集成應用的發(fā)展路徑
 
     根據(jù)上文所述，當前我國工業(yè)機器人與金屬成形機床集成應用中仍存在諸多問題。因此，需從以下幾方面對二者的集成應用進行探討，充分發(fā)揮二者的合力優(yōu)勢，推進汽車制造企業(yè)發(fā)展進程。
 
     其一，汽車機床企業(yè)在研制工業(yè)機器人的過程中，應充分發(fā)揮產(chǎn)業(yè)自身固有優(yōu)勢，樹立更高的發(fā)展目標。制造商應立足于自身實際發(fā)展需要，完善工業(yè)機器人與金屬成形機床集成應用的基礎理論研究，提升工作工藝與轉配。同時，需不斷創(chuàng)新，突破減速器與伺服電機等基礎零部件的傳統(tǒng)束縛，大幅提高國產(chǎn)汽車制造工藝的質量與整體水平。

    其二，在金屬成形機床的制造過程中，需加入充足的自動化功能，促進其與工業(yè)機器人工作的協(xié)調開展。在此過程中，汽車制造商需加強對刀具中先進技術的應用研究，包括強刀具磨損與補償?shù)谰叩淖詣訖z測與更換等，有效保證汽車機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共同協(xié)調工作的雙方進行聯(lián)動設計，并對工業(yè)機器人與金屬成形機床做出適合雙方的相應調整，形成二者度集中的協(xié)調有機統(tǒng)一體。此設計與調整不單是改變機床機械的結構，還應包括調整設備傳感器與整合控制系統(tǒng)等，實現(xiàn)工業(yè)機器人與金屬成型機床的空間集成。
 
    其四，在促進工業(yè)機器人與金屬成形機床的集成應用過程中，應制定較為完善的技術規(guī)范與流程，有效滿足二者對機械結構設計與控制系統(tǒng)等的特殊要求。因此，汽車制造企
業(yè)間應建立完備的組織聯(lián)絡機制，并在機制中建立必要的技術標準與規(guī)范，加強各環(huán)節(jié)的交流、溝通與協(xié)作，充分實現(xiàn)優(yōu)勢互補、資源共享與發(fā)展合力，推進我國機床工具行業(yè)轉
型升級 [5]。
   
     其五，為加快工業(yè)機器人與金屬成形機床集成應用的普及，應加大對專業(yè)領域人才的培養(yǎng)力度。一方面，需加大工業(yè)機器人研制與開發(fā)相關專業(yè)人才的培養(yǎng)力度，促進工業(yè)智能機器人的應用與普及。另一方面，在汽車金屬成形機床制造領域，應加強對工業(yè)機器人應用人才的培養(yǎng)，并不斷深化關人才的專業(yè)知識與技能水平。