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數控機床行業與機器人行業的融合應用 [2014/11/21]
 

    編者按:随着我國裝備制造業轉型升級,在市場需求和技術進步雙重作用下,近幾年來工業機器人與數控機床集成應用發展很快,應用的形式不斷擴展,對當前機床智能化潮流帶來新的促動,對我國機床工具行業的轉型升級也必将起到有益的推動作用。鑒于機器人研制以及與機床集成應用的發展現狀,相關企業應如何建立有效的組織聯絡機制,以加強溝通與合作?兩個行業融合發展該建立怎樣的技術規範與标準,以充分做到資源共享與優勢互補,并形成産業發展的合力?

  圍繞以上相關問題,中國機床工具工業協會傳媒部邀請相關企業參與讨論。今天刊出廣州數控設備有限公司蔣米仁先生的文章,“數控機床行業與機器人行業的融合應用”。


   機器人産業正迎來黃金發展機遇期,如何推動工業機器人産業和機床工具産業的融合發展,如何做到工業機器人與數控機床的互為集成應用,已成為當前現代裝備制造業産業升級的重要話題。機床制造過程中許多崗位主要依賴工人的體力和技能,生産效率低、勞動強度大、缺少熟練技工人才,難以保障産品穩定性和一緻性,促使機床行業越來越多地采用工業機器人及智能制造技術來改造傳統工藝流程。以往,昂貴的進口機器人和生産線主要在汽車等少數行業使用,在機床行業等裝備制造業領域應用比例偏低,很大程度上制約着國内機床行業自動化程度的提高。

  一、兩大産業現狀 
 
    經過“十一五”、“十二五”兩個五年計劃,十年磨一劍,中國數控機床産業發展已進入中檔規模産業化、高檔小批量生産的階段,産業整體水平基本具備國際競争力。數控系統作為數控機床的控制大腦,國産數控系統廠家已經掌握了五軸聯動、小線段插補、動态誤差補償等控制技術,也研制出高性能、大功率伺服驅動裝置,自主研發促進技術創新與進步,也萌生了工業機器人産業的雛形,催長産業發展。

  當前,數控系統研制企業、機床整機企業、自動化應用集成商,甚至房地産資本大鳄們,都在嘗試進入機器人領域,掀起了一股機器人産業投資熱。讓人擔慮的是,政策過度引導帶來的“圈地套惠”、産業過度投資帶來的産能過剩、缺乏創新驅動帶來的低端同質化競争等,都将把機器人産業帶入無序發展。值得思考的是,什麼樣的企業最适合研制工業機器人?如何提升機器人産業的整體質量?總的來說,具有數控系統的基礎,控制系統、伺服電機、伺服控制系統都能夠批量生産的企業具有一定優勢。日本FUNAC公司的産業推進路線,就是一個成功的典型案例,值得借鑒與參考。國内已有幾家數控系統企業紛紛進入工業機器人産業,走在最先的廣州數控,自2006年起規劃研制工業機器人産業,已走過8個年頭。借助自身控制器、伺服驅動、伺服電機産品生産積累的經驗,已完成工業機器人系列化的全自主開發,産品覆蓋了3~200kg,功能包括搬運、機床上下料、焊接、碼垛、塗膠、打磨抛光、切割、噴塗、分揀、裝配等。

  随着用工成本上漲、技能人才缺少、高危環保、高強度作業等問題的凸顯,工業機器人參與生産制造已被廣泛認知和不斷使用,成為社會關注的焦點。政府更是借此促進産業轉型升級,企業用其開展技術改造,轉變生産方式,提高作業效能。然而,中國的機器人保有量不大,民族品牌尚在培育中,綜合競争力有待提升。那麼,機器人行業将以什麼樣的模式向前發展?筆者認為,現階段更需要機器人整機企業、機器人關鍵部件供應商、機器人集成商産業鍊的協同發展。

  二、機器人與數控機床融合的集成方式  

    在數控機床加工應用領域,本土機床上下料機器人與數控機床的融合應用已在先端發展之列。從行業應用層次來看,也發生較大改變:

  (1)工作島:單對單聯動機加、單對多聯機加工。
  (2)柔性制造系統(FMS):基于網絡控制的柔性機加線,應用PLC控制平台,通過工業以太網總線方式,将多台機器人、多台數控機床及其輔助設備進行聯網組線,按節拍進行有序自動生産。
  (3)數字化車間:借助CAD\CAM\CAPPS\MES輔助生産工具、物流技術及傳感技術,具備生産過程監控、在線故障實時反饋、加工工藝數據管理、刀具信息管理、設備維護數據管理、産品信息記錄等功能,滿足無人化加工需求,實現加工系統的生産計劃、作業協調集成與優化運行。
  (4)智慧工廠:借助智能化車間布局和ERP信息化管理系統,将最大限度地給傳統生産方式帶來革新。信息管理系統的數據庫可以通過網關與各種外部的信息系統進行接口,将車間接入ERP系統,查詢車間生産狀态,實現企業資源的高效配置;借助其短信平台、郵件平台,可以向管理員進行設備故障、生産進度等信息的實時彙報。

  三、工業機器人與數控機床融合發展的途徑

  1.加工制造方面
  機器人參與機床結構件加工制造以實現自動化,專用機床服務于機器人專用減速機的精密加工,提升加工工藝質量及批量生産效率等等,具有很大的融合發展空間。借助雙方企業的戰略合作,機器人企業可借助機床廠家的制造與工藝技術能力實現以下目标:

  (1)面向機器人的本體鑄件、減速機結構件,共同研究形成批量精密制造技術,提高機器人批量化生産能力和工藝水平,攻克可靠性、一緻性技術,實現高效、穩定、精密的節拍生産。
  (2)面向機器人工裝、夾具,機加生産線的集成能力,借助各大機床廠的廣大終端客戶渠道資源,委托推廣應用機器人。
  (3)研發面向機床單機及生産線上下料和零部件搬運、鏟刮、倒角、抛磨、焊接、噴塗(粉)等自動化、柔性化生産急需的工業機器人,機床企業與工業機器人企業共同研制,實現整機零部件的自動加工,推動機床生産制造技術水平提升。
  (4)工業機器人機械本體的關鍵零部件,如轉盤、大臂、箱體、支撐套、小臂、腕體等,尺寸精度和形位公差均要求較高,對機械加工設備、工裝夾具、量檢具等都有很高的要求;機器人減速器的擺線齒殼、行星針輪、偏心軸及行星架等關鍵零件的結構優化和加工,目前國内的加工設備、裝配工藝、精度檢測等還難以達到。但立足使用國産數控機床及工具設備完成相關加工,則有助于提高我國高端精密機械零部件設計及加工水平,促進國産數控裝置與國産數控機床的應用和發展。

  2.在集成應用方面  機床上下料機器人實現機加柔性生産線将是便捷有效的推廣方式。國内數控機床保有量約200萬台,機器人企業首推應用機床上下料柔性機加生産線,将會有很大的市場需求,并且也有利于助推機床制造、機器人等機械零部件走向自動化、數字化、網絡化的生産方式,可實現過程智能控制、信息化管理,能提高生産效率與産品質量,提高工藝管理水平,直至推動裝備制造業的整體水平提升。例如,廣州數控與大連機床、寶雞機床等機床廠家形成戰略合作關系,共同研發機器人專用加工機床、加工工藝技術應用、機器人機加自動柔性生産應用等項目,促進了雙方互相融入各自産業應用。

  國産機器人和機床工具行業與國際先進水平存在差距,尤其作為新興産業的工業機器人,起步晚于國内機床産業,無論制造工藝水平、控制系統,還是集成應用經驗;無論技術标準成熟度,還是專業人才擁有程度,都制約當前的發展速度,尚需在摸索中尋求進步。但我們相信,兩者的深度融合,對于提高中國裝備制造業的綜合競争力具有重大意義。

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