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    制造業的“智慧”,機械加工自動化是如何實現的,還存在哪些難點?

    發布時間:    來源 / 作者:京尚國際會展有限公司    

    制造業的“智慧”,機械加工自動化是如何實現的,還存在哪些難點?


    導語:在工業機器人的構成中,涉及了多種類型的部件,其中不乏一些核心零部件,為了確保工業機器人的正常運行,必須提高對核心零部件的重視程度。


      機械加工由加工設備對金屬毛坯件通過材料去除的方式,達到圖樣要求。目前,金屬零件的機械加工多以金屬切削的方式來實現,人為因素可導致零件的加工效率低、精度一致性差等。


      隨著機器人技術的不斷發展,以及人口紅利的降低,基于機器人的自動化加工單元、自動化加工生產線已越來越多被采用。不僅局限于較成熟的汽車缸體缸蓋行業,目前在各個行業領域零件的加工都朝著自動化的加工方向發展,包括航空航天結構件、汽車發動機零部件目前都已經實現了自動化加工。


      一、機械加工機床上下料的自動化實現方式


      機械加工機床上下料的自動化實現方式主要有桁架機械手和關節機器人這兩種方式。今天來看一下關節機器人的特點。


      關節機器人——用于機械加工機床上下料的關節機器人采用的軸數一般為6軸,重復定位精度為±0.06mm,常用的負載重量在10-50kg。


      機床上下料機器人一般分為一對一、一對二(機床面對面擺放)、一對三(機床擺成品字形),如果想要1臺關節機器人對多臺機床上下料,需要加上地面軌道,可實現1臺關節機器人對多臺機床自動上下料。


      關節機器人的優點:


      關節機器人最大的優點就是靈活性強,不受機床結構的限制,能適用很多機床??蓱玫姆秶鷱V泛,除了用在機床上下料,關節機器人還可應用于打磨、拋光、焊接、裝配、搬運碼垛等領域。


      關節機器人的缺點:


      相對于桁架機械手而言,關節機器人占用的場地空間較大,它的臂展(工作范圍)有限,一臺機器想要工作范圍加大的話必須加裝它的行走軸,所以關節機器人的價格較高。


      二、機器人機加自動線的特征及組成


      基于機器人的機加自動線是集加工設備自動化、工件上下料自動化、工件定位夾緊自動化、工件輸送自動化、排屑自動化、自動線連鎖保護自動化、工件與刀具自動檢測及自動控制等于一身的自動化生產系統,具有良好的柔性,生產精度和效率較高,大大降低操作者勞動強度,易于實現批量生產。其典型特征是將加工設備按照既定的工藝路線依次排列,用機器人及自動輸送裝置、其它輔助裝置等連接起來,使其按規定的程序進行自動工作。


      在自動線中,工件以一定的生產節拍、按照工藝順序自動地經過各個工位,自動完成預定的加工過程,最終形成合格的產品。


      典型的機加自動線主要由機器人、加工設備、工藝裝備、輸送裝備、輔助裝備、控制系統等組成?;诠に囈?、工藝過程、生產率要求、自動化程度等因素,機加自動線的結構和復雜程度差別很大。


      (1)機器人


      加工設備的上下料裝置主要由機器人或小車來完成,具體有桁架式機器人、關節型機器人、RGV與AGV小車、協作機器人等。其中,桁架式機械手與關節機器人承載量較小,承載較大的多用RGV小車來完成??筛鶕a線布局及工件大小,進行工件輸送設備和機床上下料裝置選擇。


      (2)加工設備


      主要為數控機床,多具有封閉的加工區域,含有自動上下料門,具備自動交換刀具功能,自動排屑功能,有的還帶有機內刀具測量、工件檢測系統。數控機床的選擇主要根據被加工零件的尺寸、加工精度和生產類型等來進行,同時也要兼顧加工效率和加工穩定性,主要為立式加工中心、臥式加工中心、數控車床等。通常大批量生產選用組合機床,生產批量不大而品種繁多應選柔性加工系統。


      (3)工藝裝備


      主要包括夾具系統、刀具系統、量具、輔具。其中,夾具完成對工件的裝夾及轉運,保證工件在每次加工中固定穩定可靠。每次交換能夠準確無誤完成工件的定位及緊固,夾具有固定在工位上的,也有隨工件一起運行的隨行夾具。


      而刀具作為機加材料的去除工具,要保證刀具性能可靠。生產線所用的刀具種類規格較多,還要保證能自動交換,這就要求每臺加工設備具備自動交換刀具功能,具備自己的刀庫及換刀機械手。同時根據需要可以配中央刀庫,通過交換裝置把刀庫運到所需的設備上。為了掌握刀庫的使用情況,可配備RFID功能,掌握每把刀具的使用壽命等情況。同時機床內還可安裝對刀儀,對刀具的磨損、刀長、刀徑、斷刀等進行在線檢測。


      (4)輸送裝備


      主要包括工件輸送裝置、儲料裝置(料庫)等。工件輸送裝置負責工件在不同機加設備之間運轉,多為鏈式、帶式傳送機構。儲料裝置也可稱為料庫,主要用來存儲工件,包括毛坯、半成品與成品,有單一線形、矩陣式立體庫、環島式等型式??梢罁ぜ笮?、加工頻率、場地面積等進行合理的料庫選擇。


      (5)輔助裝備


      主要包括清洗裝置、排屑裝置等。針對機加自動線的持續高效加工,要保證將切屑及時順利清除出工作區,尤其是夾具定位面的切屑,如清除不干凈就會導致定位不準或損傷工件,最終導致零件加工不合格。因此,加工設備通常配置主軸中心出水、主軸環噴、頂棚噴淋等裝置,大力沖刷工件及夾具表面,保證工件準確定位及裝夾。


      每臺加工設備通常具有自己的排屑系統,而每臺設備的切屑統一排入產線的接屑系統中集中處理,即集中排屑,集中排屑后可對積屑進行壓塊處理。


      (6)控制系統


      自動化生產線的控制系統就像大腦一樣,控制整個產線協同生產,對下位機的加工設備、輸送設備、輔助裝置等進行控制,實行統一調度管理,保證生產線按節拍有序進行。


      智能的機加自動線主要包括數據層、物理層和人機交互平臺。數據層主要負責數據的傳輸和分析,物理層與設備之間的數據交換主要依靠現場總線來完成。物理層通常包括控制站、操作站和現場控制層,主要負責數據的收集和遙感。人機交互平臺使人與設備完美結合,保證產線準確、高效地完成既定加工。


      三、機器人技術在機械加工應用中存在的難點


      在我國工業產業飛速發展的背景下,機器人技術在機械加工中的應用也將越來越廣泛。為了將其優勢最大限度發揮出來,技術人員必須對現階段機器人技術在機械加工應用中存在的問題做到全面了解與掌握,并在此基礎上根據相關需求做好優化與完善工作。


      (一)工業機器人核心零部件是關鍵


      在工業機器人的構成中,涉及了多種類型的部件,其中不乏一些核心零部件,為了確保工業機器人的正常運行,必須提高對核心零部件的重視程度。一般來說,這些零部件主要包括高精度減速器、控制器、伺服電動機和驅動器。每一類零部件對工業機器人的性能指標都有起著關鍵作用。就我國目前工業機器人的各項核心零部件來看,大多依賴進口產品,尤其是高精密減速器方面的差距,也正是這一原因,從而導致我國國產工業機器人較之國外相比,仍有很大差異。除此原因外,創新能力不足、系統研發力度不夠也是制約我國工業機器人長足發展的兩個重要因素。


      (二)信息交換問題


      作為自動化加工系統,工業機器人并不是獨立存在的,而是需要計算機硬件和軟件來作為支撐,輔助機器人完成各項操作任務,同時也需要特定的管理系統對其進行管理和完善。這樣一來,機器人之間、機器人與計算機之間、加工系統與管理系統之間,就必須要建立起密切的聯系,但由于機器人運行有其各自特定的品牌語言,機器人生產廠家繁多,編程語言也是五花八門。這樣一來,必然會導致機器人之間與計算機之間的溝通障礙,因此,如何像計算機語言一樣規范化是世界各國機器人生產廠商需要解決的難點之一。


      (三)剛度和精度問題


      傳統機器人手臂常常細長且為懸臂梁結構,這就大大降低了機器人的整體剛性,尤其是承載垂直于手臂載荷的能力很差。機器人在進行大型零件的加工上就顯得困難重重。由于串聯機器人剛度的限制,機器人的加工對象只限于軟材質材料。此外,機器人的精度也不能滿足復雜零件機械加工精度的要求。例如,機器人關節中常用的多自由度鉸鏈自身的精度就是影響整個機器人精度的因素之一。機器人自身剛度和機器人精度是加工機器人面臨的主要問題。


      占地大、造價高,同時還要保證高精度,對機床加工技術的要求越來越高。而且工件上下機床過程復雜,導致加工周期長。而使用混聯加工機器人可以實現原位加工,工件不動,機器人可以靈活“游走”,還能多機同時進行操作,大大提高了生產效率。同時混聯加工機器人還可以與測量、傳感技術集成,真正體現了制造業的“智慧”。


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