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一種自動化技術方案（àn）的（de）機器人可提高機（jī）床的生產率

2017-8-10 來源：中國傳動（dòng）網作者：--

自世界機器人報道發布以來（lái），有關越來越多的機器人（rén）將會進入到（dào）工人隊伍中去並在（zài）若（ruò）幹年後與工人（rén）們一起確（què）定生（shēng）產規劃的信（xìn）息已經眾所周（zhōu）知了。盡管人們對於（yú）兩位數百分比的增長速度已經不會感到驚訝，但是自動化技術仍然是生產領域（yù）的核心競爭力。從2015～2019年這段時間裏，機器人行業進入快速發展通道。根據IFR的數據，到2019年為止，全球投入使用的工（gōng）業機器人數量將會增長到大約290萬台，比創紀錄的2015年大約增加了100萬台。

　　 一種自動化技術方案的機器人（rén）

　　工（gōng）業機器（qì）人、服務機（jī）器人、協助機器（qì）人和類人機（jī）器人的出鏡率越來越高。現（xiàn）在機器人也可作為（wéi）機床領域的直接的自動化技術方案而存在。雖然機床的自動（dòng）化技術並非是一個新的領域，但是在最近一（yī）屆的AMB展會上它還是成為（wéi）了一（yī）顆耀眼（yǎn）的新星。Mazak、Schuler、Vollmer、Trumpf、Matsuura和DMGMORI等均是市場上的知名品牌，無一例外地加強了把自動化技術（shù）集成到其各自產品裏的力（lì）度。

　　對自動化（huà）技術日益增長的需求源（yuán）自何方？斯圖加特（tè）研究所機構（IfW）的高級工程師ThomasStehle博士表示：“在自動化技術背後（hòu）存在著一種需（xū）要進一步提高製造流程的效率和經濟（jì）性的願望或要求。同（tóng）時也應該看到這方麵的技術優勢，例如可以達到更高的加工精度、縮短主要（yào）生（shēng）產時間和生產輔助時間和提高設備安全性等。”

　　但是，用（yòng）戶（hù）的這種要求也並非是在最近一（yī）屆AMB展會上（shàng）才提出的。恰恰相反，因這種熱門展示幾乎令人產生某種疑惑，即這種對機床設備自（zì）動化技術越來越高的關（guān）注度似乎來得（dé）太遲了。

　　 “數十年來（lái），機（jī）床一直處於不斷改進之中，生（shēng）產效率也在持續提高。但在最近幾年裏，生產率的提升受（shòu）到了（le）製約（yuē），這是因為相銜（xián）接的作業流程，例如裝（zhuāng）卸和物流等，並（bìng）沒有以（yǐ）相似的速度（dù）在增長。在整體生產率提升方麵，機床設備的自動化裝卸和工件輸送是一（yī）個必（bì）然的滯後環節。”弗勞恩霍（huò）夫製造工程與自動化（huà）公司（IPA）的機器人與（yǔ）輔助係統部門的項（xiàng）目經理UlrichSchneider這樣描述機床與其環境之間的發展差距。

　　產（chǎn）品越來越受到市場追捧，由此也可驗證自動化機床技術的發展趨勢。kuka公司是一家機器人與設備及係統技術的（de）供應廠商。“多年以來，Kuka公司（sī）在（zài）機床自（zì）動化技術領域的年增長率達到了50%，而我們這才算是剛剛開始。在許多製造環節中還隱藏著能夠提升生產率而未被利用的潛力（lì）。機床製（zhì）造（zào）廠商把握（wò）住這種發展趨勢並與我們加強了合作，以便能夠向用戶提供全套（tào）技術方案。”Kuka公司機床自動化市場經理AndreasSchuhbauer說道。

　　 MazakIntegrex型機床（chuáng）上的Kuka機器人

　　可以反映出這種技術發展趨勢的是（shì），機床設備製造廠商Mazak公司（sī）在AMB展會（huì）上首（shǒu）次（cì）展出了與Kuka公司的合作（zuò）成果（guǒ）。這項技術成（chéng）果源於該公司的用戶對一種整體技術解決方案的要求，它在（zài）特性數據方麵可以與MazakIntegrex-i係列機床產品達到極（jí）佳的匹配。自（zì）19世紀70年代以來（lái），Mazak公（gōng）司在生產（chǎn）自（zì）動化技術方麵已（yǐ）經擁有很（hěn）強的實力並可（kě）提（tí）供成熟的自動化（huà）係統產品，例（lì）如針對加工中心的Palletech係統產品（pǐn）。在新（xīn）的全自動技術方案上，Kuka公司可（kě）以為MazakIntegrex-i係列設備提供硬件，在Mazak公司自己的設計部門裏可以編製出生產程序（xù）和接口與流程程序。

　　 “帶有機器人（rén）的Integrex技術方案的一（yī）個特點便是極佳的（de）靈活性（xìng）。Integrex係列（liè）設備以其對工件的（de）全能加工（gōng）能力展示出極大的靈（líng）活性並達到（dào）很高的質量水平，即使是小批量（liàng）生產，亦是（shì）如此，因此很適合於今天的製造要（yào）求。我們在這方麵看到了很明顯的增長潛力，並於2015年與在德國（guó）新成立的設計部門一起擴展了我們的能力，來配合此類技（jì）術（shù）解決方案。”YamazakiMazak德國公司市場營銷經理JohannesBurkart解釋說。通過Mazak機床設備與機器人的結合使（shǐ）用，可以生成一個完（wán）整的技術包，因為機器人不僅可以搬運工件，同時也可以被擴展到對刀具的搬（bān）運（yùn）上。

集成在MazakIntegrex設備上（shàng）的Kuka機（jī）器人不僅可承接工件傳送任務，同時也可擴展到對刀具搬運的功能

　　此外，在機器人工作（zuò）站裏還可以安（ān）裝各種各（gè）樣的特殊功能，例如安裝一個光學或激光係統或一（yī）個去毛刺（cì）的加工站。

　　自動化技術也往往（wǎng）會牽涉（shè）到一個成本的問（wèn）題。“當然，機器人工作站的投資成本對於機床來說可能會翻倍，因此許多最終用戶在過去往往會不願意在自動化技（jì）術上進行投入。但是，市場上存在（zài）著對供貨期更（gèng）短和加工批量更小等方麵的要求，加上企業員工工（gōng）資（zī）與物（wù）流成本的日益增長，這使得越來越多的用戶相信在自動化技（jì）術（shù）上投入（rù）的必要性。由於（yú）機床的利用率得到了提高，因（yīn）此（cǐ）在自動化技術上的投資常常可（kě）在不到兩年（nián）的時間裏得到回收。”Schuhbauer為尚未作出決定的企業（yè）做說服（fú）工作。他表（biǎo）示：“當所加工的部件（jiàn）品種（zhǒng）繁多時，使用機（jī）器人就（jiù）是劃（huá）算的。這是因為機器人可以有效利用生產輔助時間並可實施鏜孔、梳刷和去毛刺等項工（gōng）作，以實現比手工作業更高的質量。同時，機器人還可以協助機床工作，這（zhè）樣可以提高機床的產量，並由此縮短設備的投資回收期，有時可以縮短（duǎn）至一年以內。”Kuka公司則屬（shǔ）於少數幾家既可以從機（jī）器人的專有技術，也可以（yǐ）從係統與設備專有技術中（zhōng）獲利的（de）企業（yè）之一。企業內部各部門的緊密合作闡明了機床自動化領域的一個例子，即KukaSystems部（bù）門的Flexfellow型機床和（hé）KukaRobotics部（bù）門的LBRiiwa型機器人對KukaIndustries部門（mén）的摩擦焊接設備進（jìn）行裝料和卸料。

在Merz機床製造廠裏，一台KukaKR-Fortec型機器人可（kě）以連（lián）接四（sì）台加工中心

如同所有的技術整合一樣，自動化（huà）機床也提出了有關合適的接口和界麵方麵的問題。“機床自動化的最（zuì）大障礙在於與現有設備（bèi）的相互對接。在現有的機床上加（jiā）裝自動化技（jì）術裝備往（wǎng）往會因缺（quē）少軟件界麵和因特殊（shū）匹配造價高等（děng）問題而遭受失敗。特別是在板材（cái）加工方麵，機床的使用壽命很長，而與之匹配的采用現有技術工藝的其他輔助（zhù）設備則相反。接口問題往往成為設備進入市場時的一種（zhǒng）障礙（ài）。在數（shù）據流和材料流方麵均缺少可以使（shǐ）自動化技術方案在無需特別匹（pǐ）配情況下即可實現廣泛應用的（de）統一標準。”IPA公司（sī）的Schneider明確地說道。

　　把機器人與機床（chuáng）相連接的做法在日本的fanuc公司那裏的應用似乎更接近（jìn）於成功，因為（wéi）它已經設立了相應成熟的且標準化了的連（lián）接界麵。因此，這家CNC係統、機器人和生產設備的製造廠商卓（zhuó）有（yǒu）成效（xiào）地成為（wéi）了工廠（chǎng）整體自動化技術方麵的合作夥伴。

　　通過簡單的IO連接，Fanuc-CNC設備即可實現與Fanuc機器人相對接。對（duì）此（cǐ），隻要采用安全的插頭連接方式，其（qí）他設備均可實現互聯。通過機床與機器（qì）人的（de）此類關聯方式，可以在CNC機床（chuáng）的操作界麵上直接查看機（jī）器人的工作（zuò）狀態，或者相反：因為（wéi）有了這種“簡單連接”的功能，可以通（tōng）過（guò）機器人控製係統上（shàng）的i-Pendant手動操控儀來查詢CNC機床數（shù）據。通過（guò）IO鏈（liàn）接方式實現（xiàn）I/O信號交換，通過以太網（wǎng）實現數據傳送，由（yóu）此即可實現簡單的設備組合和有意義的設備對接，例如機器人與機床的對（duì）接。

　　最近（jìn），Fanuc公司機器人擁有了一個FL-Net接口和一個（gè）以太網接口，由此可以（yǐ）毫無問題地實現與上（shàng）一級（jí）網絡的對接。這（zhè）對於較大（dà）型的機床來說很有意義，因（yīn）為將會有多（duō）台CNC機床與機器人（rén）相互通信。

　　一旦Fanuc-CNC與Fanuc機器人相連接，即可在CNC控製係統的操作界麵上查詢機器（qì）人的（de）工作狀態（tài），反之亦可，因為Easyconnection功能也允許通過機器人控製係統來對（duì）CNC數據進行查詢（xún）

　　為了進一步簡（jiǎn）化對機床和機器人（rén）係統的操作，Fanuc公司開發出了（le）RobotConnection（機器人連接）功能。一旦機器（qì）人被設立到整個係統裏（lǐ）去（qù）的話，機床操作人員即可利用這個功能在CNC控製係（xì）統裏調出（chū）一個能夠向他提供有關機器人狀態的所有重要信息（如維（wéi）護任務或警報信息）的菜單來（lái）。他還可以選擇程序，並對機器人進行控製，而無須通過單獨的控製係統去操作機器人。

　　在機床自動化技術方麵，除了接口匹配問題之外，被納入到連接範圍之內（nèi）的所有零部件之（zhī）間的最佳協調也是非常重要的。自20世紀80年代以來，機床製造廠商Vollmer公司就已經在從事自動化設（shè）備（bèi）之間相互協調的工作。

　　大約20年（nián）以來，ND係列機器人係統就已經投入使用（yòng）。通過此類裝料係統，用戶不僅可以提（tí）高生產率，同時還可以對諸如專業人員（yuán）短缺等問題作出反應。Vollmer公司以其Vgrind360型設備在上屆AMB展（zhǎn）會上展出了針對自動化機床的新（xīn）的技術解決方案。“Vollmer公司的技術開發同我們與（yǔ）用戶的溝（gōu）通和對話緊密相（xiàng）連。Vgrind360型設備自動化的思路就是來源於這類對話。然後我們把對話的結果與我們的技術經驗（yàn）結合起來。現在有了（le）Vgrind360型設備，刀具製造廠商即可對日益（yì）增長（zhǎng）的硬金屬刀具的需求作（zuò）出反應（yīng）並可實現連續生（shēng）產，可達到很高的生產產量。”Vollmer公司總經理StefanBrand博士說道。針對刀具（jù）加工上的操作簡便（biàn）化、運（yùn）刀路徑精確化和位（wèi）置閉鎖（suǒ）穩定化的問題（tí），該公司可以將其在線切割設備上的工作經驗納入到自動化技術裏來（lái）。在（zài）線切割設備上，各部分之間的相互協調需要達到微米級的精度（dù）。這種技術工（gōng）藝可直接被（bèi）整合到Vgrind360型機床設備的研發上來（lái）。

減輕專業人員（yuán）的工作（zuò）負擔

　　Schuler在AMB展會上也介紹了其在自動化領域（yù）裏的多年工（gōng）作經驗。作為LoadMaster裝料係統的一個擴展，該企業推出了LoadMasterAssist機器人裝置。“自動化程度（dù）越高，則生產效率也就越高，尤其是對於那些采（cǎi）用LoadMaster裝料係（xì）統來實現鏈接的機床設備來說，更為（wéi）如此（cǐ）。LoadMasterAssist機器人操作間作為托盤與貨物載體的裝料係統的一個（gè）功能擴展，承接了以往設備操作人員（yuán）所承（chéng）擔的（de）任務。”Schuler公司產品經理AlexanderHergl說道（dào）。由此可以減輕（qīng）專業人員的（de）工作負荷，使之可以處理其（qí）他任務。

　　 Trumpf公司也（yě）意識到機床設備自動（dòng）化是引領未（wèi）來（lái）的（de）一個話題，並委托IPA公司通過合作的方式（shì）對相關技術和方（fāng）案進行開發。“開發的目標便是機床設備在信息（xī）流和物料流方麵的全自動連（lián）接。為了能夠在板材加工中（zhōng）對繁雜而多樣的生產環境提供有效的技術解決方案，Trumpf公司和IPA公司也對部分自（zì）動化的過渡（dù）性技術方案進行了探索，即操作人（rén）員在其工作中可以通過（guò）信息連（lián）接而獲得支（zhī）持，現有的生產流程在無需昂貴的自動化技（jì）術的情況下也能得到（dào）改善。”IPA公（gōng）司的Schneider如是（shì）說。兩（liǎng）家公司（sī）的合作（zuò）期限（xiàn）為五年。除了直接合作的方式之（zhī）外，對公共資（zī）助的研究項目框架內的協作也進行了探討。IfW公司也（yě）在（zài）積極探索自動化機床領域的課題，既有基礎性的方麵，也有與工業口合作夥伴直接（jiē）合作的方麵，例如機床製造企業和機器人製造企業、搬運裝置供應商（shāng）和設備使用單位等。如（rú）果說從最初看來還缺少合（hé）適的連接界麵和需要較高的投資成本這些因素成（chéng）為了最（zuì）大的障礙的話，在Kuka公司Schuhbauer看來，其實還存（cún）在著其他一（yī）些障礙。最大的挑戰（zhàn）在於各個項目合作夥伴之間的工作協調（diào）。在項目初期往往還不太清楚必須要做哪些（xiē）工作，而當項目行將結束時卻不再有很多時間來完成設備配備和測試（shì）了。

　　 通過技術優勢來說服用戶

　　為了（le）減輕項目合作單位的（de）工作（zuò）強（qiáng）度，Kuka公司參與了VDW工作組的通用接口規範化工（gōng）作。Kuka公司自己的技術包（如ready2grip）應該（gāi）也可以為用戶贏得更多時間，即在Kuka公司那裏的集成商可以直接訂購帶有抓爪的機器人，而機器人設備運抵使用現場之後（hòu）便可直接投入使用。鑒於自動化技（jì）術的複雜性而向用戶提供（gòng）的這種前瞻性的支（zhī）持可以成（chéng）為用戶決定選用自動化機床的極具說服力的理由。

　　 “從（cóng）障礙角（jiǎo）度上看，我認為目前的（de）緊迫性（xìng）工作更應該放在設備與機器人製造廠商這邊，因為他們要讓（尤（yóu）其是中小產量的）用戶們信服擁有適當自動化程度的自動化機床的諸多好處。”IfW公司Stehle這樣總結說。同（tóng）樣具有說服力的還有這樣一個事實，即擁有自動化機床設備的用戶更接近於同樣具有決定（dìng）未來意義的工業4.0的表征。“自動化技術方（fāng）案不僅（jǐn）僅（jǐn）是要更快、更靈活和更具經濟性地集（jí）成到機床設（shè）備上，同時也要實現數字網絡化。在這裏，我們（men）可以看出從（cóng）工業4.0角度積極參與到生產規劃中去的機床設備所具有（yǒu）的潛力。由於具備很多認知係統，因此一台‘一起思考’的機器人可以擴大機床設備的視（shì）野，但這還仍然隻是未來的（de）一個夢想。”Vollmer公司的Brand總結說道。

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