自動(dòng)化機(jī)器人是人類進(jìn)入文明社會(huì)以來(lái)的長(zhǎng)期追求，也是多領(lǐng)域、多學(xué)科制造技術(shù)的集成。當(dāng)今，我們已跨入新工業(yè)革命時(shí)代，“機(jī)器換人”己成為一句耳熟能詳?shù)目谔?hào)，機(jī)床人正為這場(chǎng)工業(yè)革命起到推波助瀾的作用。
機(jī)器人制造業(yè)的當(dāng)前形勢(shì)
工業(yè)機(jī)器人是集機(jī)械、電子、傳感技術(shù)、智能控制等多門學(xué)科于一體的現(xiàn)代制造業(yè)自動(dòng)化裝備。自從1962 年美國(guó)研制出世界上第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人以來(lái)，該技術(shù)及其產(chǎn)品發(fā)展迅猛，尤其已與機(jī)床制造業(yè)密切相關(guān)的柔性制造系統(tǒng)(FMS)、自動(dòng)化工廠(FA)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)等融為一體。當(dāng)今全球各國(guó)都大力推進(jìn)機(jī)器人發(fā)展，2011 年全球工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)銷量達(dá) 16.5 萬(wàn) 臺(tái)，同比增長(zhǎng)40%，估計(jì)至2014年底，總共銷量能達(dá)到20萬(wàn)臺(tái)左右。
機(jī)器人制造強(qiáng)國(guó)目前居前的主要有美、日、德、瑞典等，而市場(chǎng)需求最大的要數(shù)中、日、美、德等國(guó)。隨著中國(guó)機(jī)器人市場(chǎng)的不斷壯大，目前工業(yè)機(jī)器人行業(yè)四大巨頭瑞士ABB、日本發(fā)那科及安川電機(jī)、德國(guó)庫(kù)卡等都在中國(guó)設(shè)立了分公司及合資公司，這四家企業(yè)已占國(guó)內(nèi)市場(chǎng)比重高達(dá)55%。相對(duì)而言，目前國(guó)內(nèi)的制造實(shí)力還比較弱，但趕超勢(shì)頭強(qiáng)勁。
圖1 沈陽(yáng)機(jī)床集團(tuán) RLS50柔性組線解決方案
當(dāng)今國(guó)內(nèi)機(jī)器人制造企業(yè)如雨后春筍，生產(chǎn)品種百花吐艷各具特色， 而值得一提的是，屬于機(jī)床行業(yè)的生產(chǎn)廠家也不少，如成都廣泰實(shí)業(yè)有限公司就是專業(yè)從事機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)電源、工業(yè)機(jī)器人開發(fā)、生產(chǎn)和銷售的民營(yíng)企業(yè)；而如日中天的廣州數(shù)控，大連機(jī)床，華中數(shù)控……正以科技創(chuàng)新為動(dòng)力，積極研發(fā)數(shù)控系統(tǒng)、伺服驅(qū)動(dòng)、工業(yè)機(jī)器人等高端智能化產(chǎn)品。
機(jī)器人與機(jī)床關(guān)系源淵流長(zhǎng)
一提起工業(yè)機(jī)器人，大家或許就會(huì)想起靈活旋轉(zhuǎn)的關(guān)節(jié)式那種，其實(shí)與機(jī)床更密切的柔性制造系統(tǒng)FMS，就是由工業(yè)機(jī)器人演繹而來(lái)的，因此即使柔性線中的交換托盤傳送由堆垛式小車完成，其原理就始于制造業(yè)中的機(jī)器人學(xué)。上世紀(jì)九十年代，上海機(jī)床總公司下屬企業(yè)，在交大、同濟(jì)、工大等有關(guān)單位配合下，完成了SJFMS研制并通過鑒定，其設(shè)計(jì)思路就是根據(jù)加拿大曼尼托巴大學(xué)Universityof Manitoba的安德魯教授Mr.AndrewKusiak所著的《柔性制造系統(tǒng)的建模與設(shè)計(jì)》而來(lái)，關(guān)鍵核心就是機(jī)器人學(xué)中的示教功能。也就在上世紀(jì)末，上海還建立了一家富安工廠自動(dòng)化有限公司FA，專為上海汽車工業(yè)搞配套。之所以取名富安，也就是FA，即FactoryAutomation。
北京第一機(jī)床廠2 0 年前成功地向德國(guó)Frize Werner引進(jìn)了兩套FMS，其中一條TC1000大線，迄今還使用正常。前幾年，長(zhǎng)沙三一重工為擴(kuò)大產(chǎn)能，分別從日本MAZAK和德國(guó)DMG引進(jìn)了兩條FMS。MAZAK搬運(yùn)托盤用堆垛式小車，DMG則采用工業(yè)機(jī)器人，盡管樣式不同，但核心原理仍同出于機(jī)器人學(xué)。
機(jī)器人在機(jī)床工業(yè)上的應(yīng)用
機(jī)器人應(yīng)用于機(jī)床，可謂比比皆是，有金切、鍛壓、激光加工以及焊接等等，值此僅舉幾個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)例：
沈陽(yáng)機(jī)床為迎合市場(chǎng)需求，自主研發(fā)的自動(dòng)化加工單元RLS50，可滿足汽車、摩托車、軸承、電子、航天、軍工等行業(yè)的中小批量、多工位操作零件的高柔性自動(dòng)化生產(chǎn)。它以工業(yè)機(jī)器人為搬運(yùn)主體，服務(wù)于兩臺(tái)或三臺(tái)數(shù)控車床和一套工件存儲(chǔ)料庫(kù)，以及工件翻面模塊、測(cè)量模塊等選配模塊，構(gòu)成高柔性自動(dòng)化加工單元。抓手結(jié)構(gòu)為雙手爪結(jié)構(gòu)，并帶有彈出機(jī)構(gòu)，既能保證自動(dòng)化加工單元效率，又能保證工件上下料的定位精度。
當(dāng)加工完一個(gè)托盤上的工件后，機(jī)器人自動(dòng)轉(zhuǎn)入下一個(gè)托盤進(jìn)行上下料工作，無(wú)需機(jī)器人等待。機(jī)器人在加工第二個(gè)托盤上的工件時(shí)，可人工對(duì)第一個(gè)托盤進(jìn)行成品-毛坯更換工作。這樣系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)無(wú)縫運(yùn)轉(zhuǎn)，極大的提高系統(tǒng)的生產(chǎn)效率。
該裝置還置有機(jī)械手彈出機(jī)構(gòu)，以往機(jī)器人要求重復(fù)定位精度高的時(shí)候，都是在機(jī)械手處加上一套氣動(dòng)補(bǔ)償裝置以起到緩沖和定位作用，這樣不僅使機(jī)械手占用空間大而且成本也高。沈機(jī)設(shè)計(jì)出的氣爪彈出機(jī)構(gòu)不僅解決了重復(fù)定位與緩沖的問題，而且成本低，省去了補(bǔ)償裝置，占用空間也減少50%（圖1）。
在CCMT2014中國(guó)數(shù)控機(jī)床展覽會(huì)上，F(xiàn)ANUC、廣數(shù)等工業(yè)機(jī)器人風(fēng)姿綽約，到處都有他們的產(chǎn)品應(yīng)用，這說(shuō)明我國(guó)制造業(yè)的自動(dòng)化程度大為提高。
廣州數(shù)控展出的RJ系列三關(guān)節(jié)專用上下料機(jī)器人，是為用戶量身定制的，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、節(jié)省占地與空間、運(yùn)動(dòng)節(jié)拍快，故特別適合車、銑等機(jī)床的大批量零件生產(chǎn)的自動(dòng)化上下料工序。
大連光洋科技展出的強(qiáng)力搬運(yùn)機(jī)器人，是垂直多關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)向的六軸機(jī)器人，腕部能運(yùn)送165kg的零件，控制系統(tǒng)采用該公司自行開發(fā)的GONA高可靠性數(shù)控系統(tǒng)及高精度伺服系統(tǒng)，重復(fù)定位精度可達(dá)±0.2mm。這類機(jī)器人除了搬運(yùn)敏捷、安全可靠外，還能支持視覺、力覺等智能傳感信息。
大連機(jī)床集團(tuán)，他們現(xiàn)在辦展甚至在每一臺(tái)機(jī)床旁都配一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人，其意圖就是為將來(lái)的24小時(shí)無(wú)人車間作鋪墊。
工業(yè)機(jī)器人的展示，除大多數(shù)地裝、走軌式多關(guān)節(jié)臀式之外，還有不少桁架式的，其中寧夏小巨人所采用的桁架式機(jī)器人十分典型。該車削中心分兩個(gè)區(qū)域，右邊是臥車主軸及動(dòng)力刀庫(kù)，而左邊就是工件庫(kù)，其零件上下料交換就是通過桁架橫梁上的兩個(gè)機(jī)械手，經(jīng)過抓子的松緊及關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)工件的自動(dòng)上下料。
浙江日發(fā)機(jī)床，他們研制的柔性線，有一條就采用RFSCDQ系列的小型桁架機(jī)械手，其主橫梁采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，豎梁可根據(jù)用戶實(shí)際情況，選擇伺服電機(jī)或氣缸等方式驅(qū)動(dòng)，結(jié)構(gòu)小巧輕便，運(yùn)行速度高，可達(dá)120m/min以上，組線也非常靈活，不但可以單機(jī)組成一個(gè)獨(dú)立的自動(dòng)化線，也可通過柔性物流輸送系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多機(jī)并聯(lián)運(yùn)行，完成零件多個(gè)工序的加工，組成串（并）聯(lián)的多機(jī)自動(dòng)化生產(chǎn)單元。因此特別適合進(jìn)行規(guī)則盤類或棒料類小型零件的快節(jié)拍、大批量自動(dòng)化加工。
機(jī)器人在機(jī)床上的應(yīng)用，不僅局限于物流搬運(yùn)，目前已發(fā)張展到了切削。譬如意大利著名的機(jī)器人制造企業(yè)EVOLUT，他們10年前就開發(fā)成了DC-5工作單元，用于對(duì)金屬另件去毛剌，其最大負(fù)荷可達(dá)120/150kg，可代替4個(gè)工人的工作量。上海有家格林策巴赫機(jī)械（上海）有限公司，在工博會(huì)上巳亮相了機(jī)器人自動(dòng)打磨技術(shù)，因此以后發(fā)展到鉆、銑，車，甚至復(fù)合加工，也是完全可能的。
機(jī)器人形勢(shì)展望
隨著工業(yè)化、智能化這兩化融合越來(lái)越深入，2015年的工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)肯定看好，包括機(jī)床工業(yè)。僅舉一例，名不見經(jīng)傳的浙江玉環(huán)金鼎數(shù)控機(jī)床有限公司，他們向山東五征農(nóng)用車集團(tuán)，提供了4臺(tái)數(shù)控車床，并配置了兩臺(tái)桁架式機(jī)械手，由于使用情況良好，現(xiàn)有7-8家用戶正在洽談新項(xiàng)目。估計(jì)至2020年，機(jī)器人國(guó)內(nèi)需求，將會(huì)達(dá)到250億人民幣。就技術(shù)層面而言，機(jī)器人將朝著高速、高精、高可靠性等方向發(fā)展。在智能化和網(wǎng)絡(luò)化在引領(lǐng)下，它的傳感技術(shù)、它的可重構(gòu)性、它的虛擬仿真以及伺服控制等勢(shì)必越來(lái)越進(jìn)步。
圖2 工業(yè)機(jī)器人去毛剌
德國(guó)Zimmermann公司創(chuàng)作了一張未來(lái)機(jī)床的想像圖，完美地將機(jī)床與機(jī)器人結(jié)合在一起（圖2），這表明越來(lái)越豐富的創(chuàng)造想像力，將強(qiáng)勁推動(dòng)社會(huì)發(fā)展，更好地造福于人類。
