機(jī)械加工由加工設(shè)備對(duì)金屬毛坯件通過(guò)材料去除的方式，達(dá)到圖樣要求。目前，金屬零件的機(jī)械加工多以金屬切削的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，人為因素可導(dǎo)致零件的加工效率低、精度一致性差等。
隨著機(jī)器人技術(shù)的不斷發(fā)展，以及人口紅利的降低，基于機(jī)器人的自動(dòng)化加工單元、自動(dòng)化加工生產(chǎn)線已越來(lái)越多被采用。不僅局限于較成熟的汽車缸體缸蓋行業(yè)，目前在各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域零件的加工都朝著自動(dòng)化的加工方向發(fā)展，包括航空航天結(jié)構(gòu)件、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)零部件目前都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化加工。
一、機(jī)械加工機(jī)床上下料的自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)方式
機(jī)械加工機(jī)床上下料的自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)方式主要有桁架機(jī)械手和關(guān)節(jié)機(jī)器人這兩種方式。今天來(lái)看一下關(guān)節(jié)機(jī)器人的特點(diǎn)。
關(guān)節(jié)機(jī)器人——用于機(jī)械加工機(jī)床上下料的關(guān)節(jié)機(jī)器人采用的軸數(shù)一般為6軸，重復(fù)定位精度為±0.06mm，常用的負(fù)載重量在10-50kg。
機(jī)床上下料機(jī)器人一般分為一對(duì)一、一對(duì)二(機(jī)床面對(duì)面擺放)、一對(duì)三(機(jī)床擺成品字形)，如果想要1臺(tái)關(guān)節(jié)機(jī)器人對(duì)多臺(tái)機(jī)床上下料，需要加上地面軌道，可實(shí)現(xiàn)1臺(tái)關(guān)節(jié)機(jī)器人對(duì)多臺(tái)機(jī)床自動(dòng)上下料。
關(guān)節(jié)機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)：
關(guān)節(jié)機(jī)器人最大的優(yōu)點(diǎn)就是靈活性強(qiáng)，不受機(jī)床結(jié)構(gòu)的限制，能適用很多機(jī)床?？蓱?yīng)用的范圍廣泛，除了用在機(jī)床上下料，關(guān)節(jié)機(jī)器人還可應(yīng)用于打磨、拋光、焊接、裝配、搬運(yùn)碼垛等領(lǐng)域。
關(guān)節(jié)機(jī)器人的缺點(diǎn)：
相對(duì)于桁架機(jī)械手而言，關(guān)節(jié)機(jī)器人占用的場(chǎng)地空間較大，它的臂展(工作范圍)有限，一臺(tái)機(jī)器想要工作范圍加大的話必須加裝它的行走軸，所以關(guān)節(jié)機(jī)器人的價(jià)格較高。
二、機(jī)器人機(jī)加自動(dòng)線的特征及組成
基于機(jī)器人的機(jī)加自動(dòng)線是集加工設(shè)備自動(dòng)化、工件上下料自動(dòng)化、工件定位夾緊自動(dòng)化、工件輸送自動(dòng)化、排屑自動(dòng)化、自動(dòng)線連鎖保護(hù)自動(dòng)化、工件與刀具自動(dòng)檢測(cè)及自動(dòng)控制等于一身的自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)，具有良好的柔性，生產(chǎn)精度和效率較高，大大降低操作者勞動(dòng)強(qiáng)度，易于實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。其典型特征是將加工設(shè)備按照既定的工藝路線依次排列，用機(jī)器人及自動(dòng)輸送裝置、其它輔助裝置等連接起來(lái)，使其按規(guī)定的程序進(jìn)行自動(dòng)工作。
在自動(dòng)線中，工件以一定的生產(chǎn)節(jié)拍、按照工藝順序自動(dòng)地經(jīng)過(guò)各個(gè)工位，自動(dòng)完成預(yù)定的加工過(guò)程，最終形成合格的產(chǎn)品。
典型的機(jī)加自動(dòng)線主要由機(jī)器人、加工設(shè)備、工藝裝備、輸送裝備、輔助裝備、控制系統(tǒng)等組成?；诠に囈?、工藝過(guò)程、生產(chǎn)率要求、自動(dòng)化程度等因素，機(jī)加自動(dòng)線的結(jié)構(gòu)和復(fù)雜程度差別很大。
(1)機(jī)器人
加工設(shè)備的上下料裝置主要由機(jī)器人或小車來(lái)完成，具體有桁架式機(jī)器人、關(guān)節(jié)型機(jī)器人、RGV與AGV小車、協(xié)作機(jī)器人等。其中，桁架式機(jī)械手與關(guān)節(jié)機(jī)器人承載量較小，承載較大的多用RGV小車來(lái)完成。可根據(jù)產(chǎn)線布局及工件大小，進(jìn)行工件輸送設(shè)備和機(jī)床上下料裝置選擇。
(2)加工設(shè)備
主要為數(shù)控機(jī)床，多具有封閉的加工區(qū)域，含有自動(dòng)上下料門，具備自動(dòng)交換刀具功能，自動(dòng)排屑功能，有的還帶有機(jī)內(nèi)刀具測(cè)量、工件檢測(cè)系統(tǒng)。數(shù)控機(jī)床的選擇主要根據(jù)被加工零件的尺寸、加工精度和生產(chǎn)類型等來(lái)進(jìn)行，同時(shí)也要兼顧加工效率和加工穩(wěn)定性，主要為立式加工中心、臥式加工中心、數(shù)控車床等。通常大批量生產(chǎn)選用組合機(jī)床，生產(chǎn)批量不大而品種繁多應(yīng)選柔性加工系統(tǒng)。
(3)工藝裝備
主要包括夾具系統(tǒng)、刀具系統(tǒng)、量具、輔具。其中，夾具完成對(duì)工件的裝夾及轉(zhuǎn)運(yùn)，保證工件在每次加工中固定穩(wěn)定可靠。每次交換能夠準(zhǔn)確無(wú)誤完成工件的定位及緊固，夾具有固定在工位上的，也有隨工件一起運(yùn)行的隨行夾具。
而刀具作為機(jī)加材料的去除工具，要保證刀具性能可靠。生產(chǎn)線所用的刀具種類規(guī)格較多，還要保證能自動(dòng)交換，這就要求每臺(tái)加工設(shè)備具備自動(dòng)交換刀具功能，具備自己的刀庫(kù)及換刀機(jī)械手。同時(shí)根據(jù)需要可以配中央刀庫(kù)，通過(guò)交換裝置把刀庫(kù)運(yùn)到所需的設(shè)備上。為了掌握刀庫(kù)的使用情況，可配備RFID功能，掌握每把刀具的使用壽命等情況。同時(shí)機(jī)床內(nèi)還可安裝對(duì)刀儀，對(duì)刀具的磨損、刀長(zhǎng)、刀徑、斷刀等進(jìn)行在線檢測(cè)。
(4)輸送裝備
主要包括工件輸送裝置、儲(chǔ)料裝置(料庫(kù))等。工件輸送裝置負(fù)責(zé)工件在不同機(jī)加設(shè)備之間運(yùn)轉(zhuǎn)，多為鏈?zhǔn)?、帶式傳送機(jī)構(gòu)。儲(chǔ)料裝置也可稱為料庫(kù)，主要用來(lái)存儲(chǔ)工件，包括毛坯、半成品與成品，有單一線形、矩陣式立體庫(kù)、環(huán)島式等型式?？梢罁?jù)工件大小、加工頻率、場(chǎng)地面積等進(jìn)行合理的料庫(kù)選擇。
(5)輔助裝備
主要包括清洗裝置、排屑裝置等。針對(duì)機(jī)加自動(dòng)線的持續(xù)高效加工，要保證將切屑及時(shí)順利清除出工作區(qū)，尤其是夾具定位面的切屑，如清除不干凈就會(huì)導(dǎo)致定位不準(zhǔn)或損傷工件，最終導(dǎo)致零件加工不合格。因此，加工設(shè)備通常配置主軸中心出水、主軸環(huán)噴、頂棚噴淋等裝置，大力沖刷工件及夾具表面，保證工件準(zhǔn)確定位及裝夾。
每臺(tái)加工設(shè)備通常具有自己的排屑系統(tǒng)，而每臺(tái)設(shè)備的切屑統(tǒng)一排入產(chǎn)線的接屑系統(tǒng)中集中處理，即集中排屑，集中排屑后可對(duì)積屑進(jìn)行壓塊處理。
(6)控制系統(tǒng)
自動(dòng)化生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)就像大腦一樣，控制整個(gè)產(chǎn)線協(xié)同生產(chǎn)，對(duì)下位機(jī)的加工設(shè)備、輸送設(shè)備、輔助裝置等進(jìn)行控制，實(shí)行統(tǒng)一調(diào)度管理，保證生產(chǎn)線按節(jié)拍有序進(jìn)行。
智能的機(jī)加自動(dòng)線主要包括數(shù)據(jù)層、物理層和人機(jī)交互平臺(tái)。數(shù)據(jù)層主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的傳輸和分析，物理層與設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換主要依靠現(xiàn)場(chǎng)總線來(lái)完成。物理層通常包括控制站、操作站和現(xiàn)場(chǎng)控制層，主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的收集和遙感。人機(jī)交互平臺(tái)使人與設(shè)備完美結(jié)合，保證產(chǎn)線準(zhǔn)確、高效地完成既定加工。
三、機(jī)器人技術(shù)在機(jī)械加工應(yīng)用中存在的難點(diǎn)
在我國(guó)工業(yè)產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展的背景下，機(jī)器人技術(shù)在機(jī)械加工中的應(yīng)用也將越來(lái)越廣泛。為了將其優(yōu)勢(shì)最大限度發(fā)揮出來(lái)，技術(shù)人員必須對(duì)現(xiàn)階段機(jī)器人技術(shù)在機(jī)械加工應(yīng)用中存在的問(wèn)題做到全面了解與掌握，并在此基礎(chǔ)上根據(jù)相關(guān)需求做好優(yōu)化與完善工作。
(一)工業(yè)機(jī)器人核心零部件是關(guān)鍵
在工業(yè)機(jī)器人的構(gòu)成中，涉及了多種類型的部件，其中不乏一些核心零部件，為了確保工業(yè)機(jī)器人的正常運(yùn)行，必須提高對(duì)核心零部件的重視程度。一般來(lái)說(shuō)，這些零部件主要包括高精度減速器、控制器、伺服電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)器。每一類零部件對(duì)工業(yè)機(jī)器人的性能指標(biāo)都有起著關(guān)鍵作用。就我國(guó)目前工業(yè)機(jī)器人的各項(xiàng)核心零部件來(lái)看，大多依賴進(jìn)口產(chǎn)品，尤其是高精密減速器方面的差距，也正是這一原因，從而導(dǎo)致我國(guó)國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人較之國(guó)外相比，仍有很大差異。除此原因外，創(chuàng)新能力不足、系統(tǒng)研發(fā)力度不夠也是制約我國(guó)工業(yè)機(jī)器人長(zhǎng)足發(fā)展的兩個(gè)重要因素。
(二)信息交換問(wèn)題
作為自動(dòng)化加工系統(tǒng)，工業(yè)機(jī)器人并不是獨(dú)立存在的，而是需要計(jì)算機(jī)硬件和軟件來(lái)作為支撐，輔助機(jī)器人完成各項(xiàng)操作任務(wù)，同時(shí)也需要特定的管理系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行管理和完善。這樣一來(lái)，機(jī)器人之間、機(jī)器人與計(jì)算機(jī)之間、加工系統(tǒng)與管理系統(tǒng)之間，就必須要建立起密切的聯(lián)系，但由于機(jī)器人運(yùn)行有其各自特定的品牌語(yǔ)言，機(jī)器人生產(chǎn)廠家繁多，編程語(yǔ)言也是五花八門。這樣一來(lái)，必然會(huì)導(dǎo)致機(jī)器人之間與計(jì)算機(jī)之間的溝通障礙，因此，如何像計(jì)算機(jī)語(yǔ)言一樣規(guī)范化是世界各國(guó)機(jī)器人生產(chǎn)廠商需要解決的難點(diǎn)之一。
(三)剛度和精度問(wèn)題
傳統(tǒng)機(jī)器人手臂常常細(xì)長(zhǎng)且為懸臂梁結(jié)構(gòu)，這就大大降低了機(jī)器人的整體剛性，尤其是承載垂直于手臂載荷的能力很差。機(jī)器人在進(jìn)行大型零件的加工上就顯得困難重重。由于串聯(lián)機(jī)器人剛度的限制，機(jī)器人的加工對(duì)象只限于軟材質(zhì)材料。此外，機(jī)器人的精度也不能滿足復(fù)雜零件機(jī)械加工精度的要求。例如，機(jī)器人關(guān)節(jié)中常用的多自由度鉸鏈自身的精度就是影響整個(gè)機(jī)器人精度的因素之一。機(jī)器人自身剛度和機(jī)器人精度是加工機(jī)器人面臨的主要問(wèn)題。
占地大、造價(jià)高，同時(shí)還要保證高精度，對(duì)機(jī)床加工技術(shù)的要求越來(lái)越高。而且工件上下機(jī)床過(guò)程復(fù)雜，導(dǎo)致加工周期長(zhǎng)。而使用混聯(lián)加工機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)原位加工，工件不動(dòng)，機(jī)器人可以靈活“游走”，還能多機(jī)同時(shí)進(jìn)行操作，大大提高了生產(chǎn)效率。同時(shí)混聯(lián)加工機(jī)器人還可以與測(cè)量、傳感技術(shù)集成，真正體現(xiàn)了制造業(yè)的“智慧”。
