六轴机器人在金属加工行业的应用
2019/10/29 19:44:32
汽车行业过去一直是机器人应用最主要领域，随着自动化需求的提升，工业机器人应用得到更大的拓展，除传统的焊接应用外，机器人在机床上下料、物料搬运码垛、打磨、喷涂、装配等领域也得到了广泛应用。金属成形机床是机床工具的重要组成部分，成形加工通常与高劳动强度，噪声污染，金属粉尘等联系在一起，有时处于高温高湿甚至有污染的环境中，工作简单枯燥，企业招人困难。工业机器人与成形机床集成，不仅可以解决企业用人问题，同时也能提高加工效率和安全性，提升加工精度，具有很大的发展空间。
数控折弯机集成应用：机器人折弯集成应用主要有两种方式，一是以折弯机为中心，机器人配置真空吸盘，磁力分张上料架、定位台、下料台、翻转架形成折弯单元。二是机器人与激光设备或数控转台冲床、工业机器人行走轴，板料传输线，定位台，真空吸盘抓手形成的板材柔性加工线。
压力机冲压集成应用：机器人与压力机冲压集成应用主要有两种方式，一是单台机器人冲压上下料：通过机器人将板料从拆垛台移送到定位台，定位后再移送到压力机模具中实施冲压，冲压结束后，通过机器人取料放入堆垛台，实现单台压力机机器人自动上下料。二是机器人冲压连线：通过多台机器人在多台压力机之间建立冲压连线。根据加工工件成形工艺要求，需要在多台压力机配合加工，整条生产线由拆垛机器人，上料机器人、压力机之间传输搬运机器人，尾线机器人组成。与直线坐标的机械手相比，采用六轴机器人更有柔性，对模具没有等高要求，容易集成。
热模锻集成应用：热模锻生产线通常由两台模锻压机组成，一台用于冲压，另一台用于切边。热模锻机器人集成应用通常配置两台机器人，一台负责将中频炉处理后的高温物料移送给冲压成形模锻压机，另一台负责从冲压成形模锻压机取料后移送到另一台模锻压机进行切边。为防止高温冲压工件粘住模具，需要每次冲压后对模具进行石墨润滑，润滑可以由机器人完成，也可以采用专门机构实现。由于锻造是高温高湿且又有石墨润滑带来的恶劣环境，特别要注意机器人的防护工作以及机器人本身抗热辐射能力。
焊接应用：焊接是成形机床板材加工后道工序，机器人焊接有电阻焊和弧焊两种类型，焊接机器人应用占整个机器人应用的45%以上。弧焊应用是以机器人为核心，配置焊机、送丝机、焊枪、工装夹具(Fixture)等组成焊接工作站。电阻焊应用是以机器人为核心，配置点焊枪、焊接控制器、水气单元、管线包、工装夹具(Fixture)等组成点焊工作站。
机器人与机床集成应用：在与机床的集成应用中，工业机器人的具体应用形式还在不断发掘和创新当中。由于工业机器人在原理和结构上与数控机床有很多相似之处，都是由数控系统控制、伺服电机驱动，实现精确位置移动的自动装置，因此机床制造企业在工业机器人的研制上具有相当的优势。因此，国内外有不少机器人制造企业都有机床制造的根底。机器人在也有机床领域的发展有点特殊，一是当前随着机床数控技术的不断完善，各种自动检测、动态补偿技术的成熟，机床技术的发展已经进入智能化新阶段，机器人的加入只是起到了一种推波助澜的作用;二是机器人与机床的集成应用还具有一些特殊优势，例如，机床密度加大，厂房利用率提高;辅助时间缩短，提高机床工作效率;操作精确性和可重复性比自然人高;工伤的可能性大为减少;可长时间连续工作，而没有情绪问题和情感需求，等等。
目前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。
(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。
权威的专业展览会是反映一个行业总体情况和技术趋势的最佳窗口。形成这种快速发展趋势的原因，固然与我国工业转型升级带来的引领和催化作用、我国人力成本的快速提高、工业机器人价格降低与性能提高这些普遍因素有很大关系，但同时工业机器人又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。
机器人目前已经是先进制造技术和自动化装备的典型代表，智能化工业装备已经成为全球制造业升级转型的基础。工业机器人与数控机床集成应用，使智能制造与数字化车间、智能工厂从概念走向现实。
数控折弯机集成应用：机器人折弯集成应用主要有两种方式，一是以折弯机为中心，机器人配置真空吸盘，磁力分张上料架、定位台、下料台、翻转架形成折弯单元。二是机器人与激光设备或数控转台冲床、工业机器人行走轴，板料传输线，定位台，真空吸盘抓手形成的板材柔性加工线。
压力机冲压集成应用：机器人与压力机冲压集成应用主要有两种方式，一是单台机器人冲压上下料：通过机器人将板料从拆垛台移送到定位台，定位后再移送到压力机模具中实施冲压，冲压结束后，通过机器人取料放入堆垛台，实现单台压力机机器人自动上下料。二是机器人冲压连线：通过多台机器人在多台压力机之间建立冲压连线。根据加工工件成形工艺要求，需要在多台压力机配合加工，整条生产线由拆垛机器人，上料机器人、压力机之间传输搬运机器人，尾线机器人组成。与直线坐标的机械手相比，采用六轴机器人更有柔性，对模具没有等高要求，容易集成。
热模锻集成应用：热模锻生产线通常由两台模锻压机组成，一台用于冲压，另一台用于切边。热模锻机器人集成应用通常配置两台机器人，一台负责将中频炉处理后的高温物料移送给冲压成形模锻压机，另一台负责从冲压成形模锻压机取料后移送到另一台模锻压机进行切边。为防止高温冲压工件粘住模具，需要每次冲压后对模具进行石墨润滑，润滑可以由机器人完成，也可以采用专门机构实现。由于锻造是高温高湿且又有石墨润滑带来的恶劣环境，特别要注意机器人的防护工作以及机器人本身抗热辐射能力。
焊接应用：焊接是成形机床板材加工后道工序，机器人焊接有电阻焊和弧焊两种类型，焊接机器人应用占整个机器人应用的45%以上。弧焊应用是以机器人为核心，配置焊机、送丝机、焊枪、工装夹具(Fixture)等组成焊接工作站。电阻焊应用是以机器人为核心，配置点焊枪、焊接控制器、水气单元、管线包、工装夹具(Fixture)等组成点焊工作站。
机器人与机床集成应用：在与机床的集成应用中，工业机器人的具体应用形式还在不断发掘和创新当中。由于工业机器人在原理和结构上与数控机床有很多相似之处，都是由数控系统控制、伺服电机驱动，实现精确位置移动的自动装置，因此机床制造企业在工业机器人的研制上具有相当的优势。因此，国内外有不少机器人制造企业都有机床制造的根底。机器人在也有机床领域的发展有点特殊，一是当前随着机床数控技术的不断完善，各种自动检测、动态补偿技术的成熟，机床技术的发展已经进入智能化新阶段，机器人的加入只是起到了一种推波助澜的作用;二是机器人与机床的集成应用还具有一些特殊优势，例如，机床密度加大，厂房利用率提高;辅助时间缩短，提高机床工作效率;操作精确性和可重复性比自然人高;工伤的可能性大为减少;可长时间连续工作，而没有情绪问题和情感需求，等等。
目前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。
(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。
权威的专业展览会是反映一个行业总体情况和技术趋势的最佳窗口。形成这种快速发展趋势的原因，固然与我国工业转型升级带来的引领和催化作用、我国人力成本的快速提高、工业机器人价格降低与性能提高这些普遍因素有很大关系，但同时工业机器人又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。
机器人目前已经是先进制造技术和自动化装备的典型代表，智能化工业装备已经成为全球制造业升级转型的基础。工业机器人与数控机床集成应用，使智能制造与数字化车间、智能工厂从概念走向现实。