当机器人“联姻”机床，将为制造业带来颠覆性革命？

2015-7-8 15:13| 发布者: 高华华| 查看: 1716| 评论: 0|来自: 金属加工

摘要: 中国经济新常态下，工业机器人企业及数控机床企业该如何顺应未来制造业的发展趋势？传统制造产业又将如何迎接机器人“风暴”席卷下的新一轮工业革命带来的颠覆性变革？对于正处于转型升级关键时期的机床制造业而言，这是未来发展不可回避的话题。

当机器人与机床结合，又能“碰撞”出怎样的火花？

目前全球工业机器人年销售额约为95亿美元。2014年全球工业机器人销量为22.5万台左右，其中在亚洲的销量为14万台，几乎占到2/3，超过美国和欧洲市场总和。2014年，中国新增工业机器人57,000台，其中，国产品牌17,000台。其他则来自瑞士ABB 、德国Kuka、日本安川电机(Yaskawa)及发那科(Fanuc)、韩国现代重工等海外供应商。受市场需求推动，我国本土工业机器人产业发展迅速，主要分布在沿海经济发达地区，主要是长三角和环渤海经济区。

　　金属加工杂志社在CIMT2015期间发布的《第一届工业机器人用户调查报告》中显示，我国制造业中每万名工人配备21台机器人，远远低于韩国的347台，日本339台，德国261台（见图1）。这从另一侧面反映了，目前我国企业整体自动化程度不高。

图1

机器人应用现状

　　调查显示，超过1/3的企业（35%）自动化率在20%～40%，31%的企业自动化率在20%以下，自动化率较高的企业只有18%。这说明，虽然多数企业有使用机器人等自动化设备的经验，但企业整体自动化程度不高。

　　在工业生产中，不同类型的工业机器人都已被大量采用。从工业机器人的存量看，根据调查，所占份额最多的为焊接（包括点焊和弧焊）和搬运/上下料型机器人，分别为42%和34%（见图2）。

图2

　　企业为什么选用机器人？调查显示，提高效率、提高产品的可靠性和一致性，是企业选择购买机器人的首要因素。

　　报告中数据说明，目前企业现有机器人的使用水平还不高，机器人生产企业、系统集成商应该加强对用户的培训，帮助用户改进生产工艺和生产流程，最大化的发挥机器人的效率。

　　根据调查反馈，在实际使用过程中，机器人整体稳定性比较好。对于所遇到的问题，集中归纳起来，主要表现在：①故障维修难、维修成本高是反映最多的现象。②程序易出错和编程难，企业普遍反映缺少熟练的机器人操作人员和编程人员。③稳定性、重复定位精度、工装等问题也比较常见（见图3）。

图3

　　希望机器人生产企业，提高售后服务的能力和反映速度，加强对用户的编程和操作使用培训。（详细报告请查看文底“阅读原文”或《金属加工（冷加工）》2015年第12期。）

机器人与机床集成应用的主要形式

　　在焊接、搬运、码垛、装配等大多数应用领域里，工业机器人是作为主机使用的。与此不同，与机床配套的机器人一般是作为辅机来发挥作用的。当前具体的应用形式主要有：

　　(1)单机上下料

　　单机上下料是机器人在机床上最典型和最成熟的应用。它比人工上下料更准确、迅速、安全。对生产批量大、加工时间短的中小零件加工，或需吊装的笨重工件而言，机器人上下料的优势特别明显。

　　机器人与机床的结构关系分为机器人安装于机床外部和与机床构成一体两种形式。安装于机床外部的机器人，又分为固定式、移动式和椼架式等类型。

　　(2)机器人与机床组成柔性生产线

　　由机器人承担工件的工序转换工作，与若干台机床组成柔性生产线，是一种比单机上下料更为复杂也更有价值的一种应用。在当前工业转型升级过程中，市场需求越来越旺盛。

　　在这种应用场合下，机床布局取决于工艺路线和现场条件等因素。常见的有L型、U型和直线型、对面布置等形式，其中三台数控机床构成U型的布局，由一台机器人在场地中间进行工件转换，这种布局十分紧凑。

案例：绅名科技

　　中国制造2025，企业不仅要注重质量和效益，更要着力于战略转型，创新驱动将成为经济“新常态”下的最大引擎。通过机器自动化生产来降低成本，提高产品稳定性是各制造企业的主体思想。在意识到这一点后，北京绅名科技有限公司致力于“机器换人”项目的研发，为客户提供优良的一站式的综合解决方案。

　　杭州某专业轮毂单元生产企业，主要生产第二代、第三代轮毂单元轴承。经过与客户细致的讨论及技术可行性分析后，对其产品轮毂单元轴承外圈及芯轴进行自动化加工。

　　第三代滚柱式轮毂单元轴承外圈（芯轴）加工自动化生产单元

　　机器人型号：HH020 （品牌：韩国现代重工业）

　　机床型号：CNM560 （品牌：斗山机床）

　　应用形式：典型 “一拖三”自动化单元形式

　　工艺：

　　原工艺：

　　第一工序：钻3个法兰孔及正面倒角（加工中心）

　　第二工序：3个法兰孔反面倒角（专机）

　　第三工序：铣平面及平面孔（加工中心）

　　自动化生产单元工艺：一道工序完成全部内容。

　　应用情况及结论：

　　1、工艺调整，一次加工完成，更好的保证了零件精度；

　　2、采用多关节自动上下料，大大的节省了人力；

　　3、自动化加工，产品的质量和稳定性大大提高，生产效率提高30%以上；

　　4、智能驱动，企业转型升级，产品档次提升。

　　(3)与机床共同完成加工工艺过程

　　机器人夹持工件在冲剪、折弯机上实现加工操作，不仅是简单的上下料，而是替代了所有原来的人工作业。这比人工操作现加准确和快速，从而提高了产品质量和生产效率。尤其是彻底解决了冲压类机床的工伤隐患。

　　(4)独立完成加工工序

　　给机器人装上专用手爪，机器人可以完成切割、打磨、抛光、清洗等工艺过程。甚至于可以让机器人直接夹持切削工具，对工件进行打孔、攻丝、铆接，也可以进行切削加工。在这种情形下，机器人本身就是一台机床。

　　具备视觉、触觉的机器人可以用于组装、零件分选等复杂工序，即使是上下料，也可以不用带有定位装置的专用工位器具。

　　给机器人装备特殊手爪，可用于高温环境下作业的铸造、锻造机械，完成取铁水、浇注、上下热毛坯、更换热态的模具等人工难以直接完成的工作。

　　工业机器人是一种高柔性的通用自动化装置，它的应用场合和功能具有无限的拓展空间。在与机床的集成应用中，工业机器人的具体应用形式也在不断发掘和创新当中。

　　2015年7月8日-11日，在上海国家会展中心召开的中国国际机器人展上，全球领先的自动化柔性制造系统生产企业柯马将携旗下最新机器人Racer3及其他三款主流机器人隆重亮相。小编先带你领略其中两款的风采：

       1.Racer7-1.4+机器人投篮单元

    　　柯马明星产品Racer7-1.4去年曾与NBA冠军成员同场竞技，实现完美精准的三分投篮，其精准度和灵活性令贝里内利也赞叹不已。而此次CIROS展会上，Racer7-1.4将在国内首次实现与观众投篮比赛的现场互动，展现其最精准球技。

    　　事实上，在投篮过程中，Racer7-1.4会根据互动球员的动作来调整自己的动作，在这期间如何加速或减速，其背后实际蕴藏了大量的技术和工作。

    　　作为柯马Racer系列开山之作，Racer 7-1.4有效负载可达7kg，工作半径1.4m，重复定位精度± 0.05mm。已广泛应用于搬运、机床上下料、激光等行业。

       2.NJ 60-2.2 Off-set+拼图单元

    　　柯马机器人拼图单元，夹具为真空吸盘式结构，能快速取放工件并实现精准码垛。

    　　柯马中型负载机器人NJ60-2.2，负载60kg，工作半径2.2m，定位精度±0.07mm；其独特的偏心腕结构(5轴运动范围为± 2700°)，可实现高难度的路径编程，广泛应用于抛光打磨、涂胶、搬运等行业。

       总结

　　通过报告分析，我们可以得出以下结论：

　　（1）企业整体自动化程度不高，企业普遍缺少编程、操作方面的熟练技术人员。希望机器人生产企业，提高售后服务的能力和反映速度，加强对用户的编程和操作使用培训。

　　（2）除焊接等传统应用领域之外，机加工、上下料、搬运、打磨去毛刺等领域的应用将成为未来工业机器人新的增长点，机器人企业应该加大对这些领域的关注，加大相应的研发投入。

　　（3）用户对未来机器人提出更高的要求：具有触觉、力觉或简单视觉的工业机器人，具有识别功能或更进一步增加自适应、自学习功能的智能型工业机器人。人机界面更加友好，语言、图形编程界面的研制，离线编程的实用化。

　　（4）在工业机器人市场占有率，技术实力，以及品牌认知程度方面，国产机器人企业依然与国际品牌差距巨大。但是广数、新松、南京埃斯顿等国产机器人企业进步迅速，发展势头良好。

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