摘 要 ：工（gōng）業（yè）機器人作為綜合性的高新技術產品，實現了數字（zì）控（kòng）製、驅動製造、精密傳動與 IT、傳感和信息（xī）等技術的有（yǒu）效（xiào）集合。而在當前數字製造時代背景下，數控技術（shù）與人工智能推進了工業機器人與金屬成（chéng）形機床的（de）迅速融合。並通過高效組合形成了（le）自動化極（jí）強的集成單元，可以（yǐ）為工業生產提供更為多（duō）元的的智能解決方（fāng）案（àn）。基於此，文章立足於當前工業機器人與金屬成形（xíng）機床（chuáng）集成的常見應用類型，分析了其主要形式。進而探（tàn）討了二者集成應用中存在的問題，並提出了相應發展途徑。
 
      關鍵詞 ：工業機器人 ；金屬 ；成形機床 ；集成（chéng）應用（yòng）

      當前，我國已成為全球最（zuì）大的工業機器人市場。據國際機器人聯盟 (IFR) 統計數據顯示， 2015 年，我國工業機器人（rén）的用量（liàng）共為 6.7 萬台，已（yǐ）成（chéng）為全球工業機器人的第一大市場（chǎng）。並且，我國先後發布（bù）的《中國製（zhì）造 2025》、2016-2020年機器人（rén）產業發展規劃中均提出，到 2020 年，實現（xiàn）我國自主品牌工業（yè）機器（qì）人年產量 10 萬台。其中，六軸及（jí）以上工業機器人（rén）年產量超過 5 萬台。在工業機器人製造業不斷（duàn）發展的同時，我國裝備製造業也在逐步轉型升級。近年來，在先（xiān）進技術進步與市場需求多元化的雙重作用下，考慮用工業機器人代替人力勞動的企業逐漸增多。而長期以來，汽車製造行業作為工業機器人應用的主要領域，受消費者自動化需求的提（tí）升，進一步（bù）擴大了工業機器人的應用範圍。包括除焊接外的其他大部分（fèn）領（lǐng）域，如汽車機床噴塗、打磨、物料搬運碼垛、上下料與裝配等。在機床工（gōng）具的組成部分當中，金屬成形機床所處的位置即為重要。其成（chéng）形加工中通常伴有金屬粉塵、噪聲汙染、高溫高濕與高勞動強度（dù）等，工作對工作人員身體健康的傷害程度較大，且簡單枯燥，因此企（qǐ）業招工較為困難。而將（jiāng）工業機器人與金屬（shǔ）成形（xíng）機床（chuáng）相集成，既能有效提高汽車加工的精度、安（ān）全（quán）性與工作效率，又可以解決企業用工難問題，發展空間較大。由此，需對工業機器人與金屬成形機床集成應用進行研究，為汽（qì）車（chē）製造（zào）業發展提供借鑒 [1]。
 
       1 、工（gōng）業（yè）機器人與金屬成（chéng）形（xíng）機床集成的應用類（lèi）型
 
       1.1 工業機器人的（de）激光切割
 
       工業機器人定位精度高，因此，應用其進行激光（guāng）切割已成（chéng）為（wéi）激光切割與工業（yè）機器人應用領域的主要熱點。在工業機器人手臂中集成（chéng）激光束引導裝置，當工業機器人跟（gēn）蹤工件輪（lún）廓的同時，激光（guāng）束也在工作，從而實現切削。此類型應用的主要特點包括 ：工業機器（qì）人運動靈（líng）活、柔性高 ；激光切割質量好、速度快且切縫窄，極（jí）大地滿（mǎn）足了現代製造業的發展需要。
 
      1.2 熱模鍛集成
   
      熱模鍛生產線通常由切邊（biān）與衝壓兩（liǎng）台模（mó）鍛壓機組成。在此生產線上，工業機器人集成應用通常會配置兩台機器人，一台用於（yú）將中頻處理後的高溫物料，移送至衝壓成（chéng）型模鍛壓機（jī） ；另一台負責從衝壓成型模鍛壓機取料後，移送至另一台模鍛壓機進行切邊。為了避免模具被粘附與高溫衝壓工件上，每次衝壓後需用石墨對模具（jù）進行潤滑。而此過程處於高溫（wēn）高濕環境中，既（jì）可由專門機構（gòu）操作，又可由工業機器人完（wán）成。如由（yóu）後者進行（háng），可以大（dà）幅提升係（xì）統安全性於加工效率。但需做好機器人的維護工作，提升（shēng）其抗（kàng）熱、抗輻射（shè）的能力。
 
      1.3 數控（kòng）折彎機集成
 
      工業機器人折彎（wān）集成應用（yòng）可分為兩種主要（yào）方式，一是工業機（jī）器人與金（jīn）屬成形機床中的各類設備形（xíng）成板材柔性加工線，包括真空（kōng）吸盤抓手、定位台、板料傳輸線、工業機器人行走軸與激光設備或數控轉台衝床等 ；二是工業機（jī）器人以折（shé）彎（wān）機為中（zhōng）心，配（pèi）置真空吸盤（pán），磁力分張上料架、定位台、下料台、翻轉（zhuǎn）架（jià）形成折彎單元。製造商利用自身在工業機器人控製係統和機床（chuáng）數控係（xì）統上的（de）技術優勢（shì），實現可實現二者的無縫連接。進而開發出折彎軟件包，對折彎過程中工業機器人托料實現閉環控製 [2,3]。在不同折（shé）彎速度（dù）下，工業機器人實現了自（zì）動匹配的完全跟蹤（zōng），使折彎示教實踐（jiàn）叫（jiào）從前縮短十倍。
 
     2、 工業機器人（rén）與（yǔ）金屬成形機床集成應用的主要形式
 
     工業機器人在金（jīn）屬成形機床中的應用領域較為廣泛，包括碼操（cāo）、搬運、焊接與裝配等，但一般被作為（wéi）輔機使用。目前，工業機器人與金屬成形機床集成應用的主要形（xíng）式如下。
 
       第（dì）一，二者集成柔性生（shēng）產線。此種形式中（zhōng），工業機（jī）器人承擔的工作任務是轉換工件工序，並與多台金屬成形機床組成柔性生產線。其較某種單機上下料更為複（fù）雜（zá），價值也更高。在當（dāng）前工業轉型升級時代背景下，市場需求的旺盛程度不斷（duàn）增加。因此，現場條件與工（gōng）藝路線等因素（sù）對金屬成形機床的布局（jú）起著決定性因素（sù）。常見類型包括（kuò）對麵布置型、有直線型、U 型和 L 型等。其中，由三（sān）台（tái）金屬成形機床構（gòu）成的 U型布局，主要由一台工業（yè）機器人在場（chǎng）地（dì）中間進行（háng）工件轉換，布局特別緊湊。
 
       第二，單機上下料。此種形式中，工業機器人（rén）在金屬成形（xíng）機床中的應用最為成（chéng）熟與（yǔ）典型。其對需（xū）要吊裝的笨重工件，以及加工時間短且生產批量大的中小零件加工來說，明顯優勢（shì）是比人工上下料更為安全、速度快且準確。工業機器人與（yǔ）金屬（shǔ）成形機床（chuáng）的結構關係可分為兩（liǎng）種形式，即與金屬成形機（jī）床構成一體和工業機器人安裝於（yú）機床外部。其中，後者又可分為銜架式、移動式和固定式等（děng） [4]。
 

     第三（sān），獨立完（wán）成加（jiā）工工序（xù）。此（cǐ）種形式中，為工業機器人裝上專用手爪，其便可完成（chéng）機床清洗、拋光、切割與打磨等工藝。甚至可以直接夾（jiá）持切削工具，對工件進行切削加工、鉚接（jiē）、攻絲（sī）與打孔等。此外，可將其用於高（gāo）溫環境下，進行人工難以直接完成的工作，包括更換熱態模具、上下熱毛坯、澆（jiāo）注、機械鍛造與鑄造與取鐵液等。在此情形下，工業機器人（rén）本身便可視為一台金屬成形機床。並且，具備觸覺與視覺的工業機器（qì）人，可以被用於複雜工序中，如零件分選、上下料與組裝等，且無需攜帶專用工位器具。
 
     第四，共（gòng）同完成加工工藝。此種形式中，工業機（jī）器人在衝剪、折彎機上夾持工件，從而實現加工操作。此工（gōng）作（zuò）不僅是簡單的上下料，而是替代全部的傳統人工作（zuò）業。此形式的主要優勢是較（jiào）人工操作更為快（kuài）速、準確（què），可以（yǐ）大幅提升提高生產效率與（yǔ）產品質量，甚至（zhì）有利於徹底（dǐ）解（jiě）決衝壓類機床工作中的工傷隱患。
 
     3 、我（wǒ）國工業機器（qì）人與金屬成形機床集成應用的現狀與問題
 
     工業機器人與金屬成形機床在製造原理和結構等諸方麵均（jun1）較為（wéi）相似，如伺服電機驅動、數控係（xì）統控（kòng）製，以及可實現精確位置移（yí）動的（de）自動裝置等。因此，金屬成形機床製（zhì）造商在工業機器人的曬製上優勢較為明顯。而這些優（yōu）勢帶來的巨大商機，早已被國內諸多目光敏銳機床製造企業所察覺。所（suǒ）以，早（zǎo）於多年前，便已有部分機床及企業介（jiè）人對工業機器人
的製造與研（yán）發。發展至當前，我國開展工業機器人研（yán）製的金屬成形機床企業，主要為數控係（xì）統廠和主機（jī）廠兩類。其（qí）中，後者的產品門類較為（wéi）齊全，主要優勢集中於成套項目承接（jiē）。

  
      然而現階（jiē）段（duàn），雖然（rán）我國工業機器人與金屬成形機床的集成應用正日趨廣泛。但（dàn）從行業的整體發展程度來看，二（èr）者集成應用在數量與規模上，均處於（yú）初級起步階（jiē）段，與（yǔ）發達國家仍有較大差距。主要表現為以下幾方麵 ：第一，工業機器人（rén）與（yǔ）金屬成形機床集成應用所處水平較低，諸多（duō）先進技術仍未充分應用。並且，應用形式僅（jǐn）是簡單地將金屬成形機床和工業機器人相組（zǔ）合，但各自使用分離的控製係統。第二，行（háng）業內部缺乏可借鑒與參（cān）考的技術標準規範或理論基礎，製造商與用戶均缺乏充（chōng）足的知識與經驗。第（dì）三，工業機器人領域屬於新興行業，相（xiàng）關應用型（xíng）專業人（rén）才十（shí）分匱乏，導致諸多項目受阻。總體而言，在工業機器人與（yǔ）金屬成（chéng）形機床集成應（yīng）用中，許多理（lǐ）論（lùn）與實踐（jiàn）問題均未得到充分認識、論證與解決。
因此，要充分（fèn）發（fā）揮工業機器人與金屬成形機床（chuáng）的集（jí）成應用優勢，還需各餐祝主體（tǐ）的不懈（xiè）努力。
   
     4 、工業機器（qì）人與金屬形成機床集（jí）成（chéng）應（yīng）用的發展路（lù）徑（jìng）
 
     根據（jù）上文所述，當前（qián）我國工業機器人與金屬成形機床集成（chéng）應用中仍存（cún）在諸多問題（tí）。因此，需從以下幾（jǐ）方麵對二者的集成應用進行探討，充分發揮二者的合力優勢，推進汽車製造企（qǐ）業發展進程。
 
     其一，汽車機（jī）床（chuáng）企業在研製工業機器人的過程中，應（yīng）充分發揮（huī）產業（yè）自（zì）身固有優勢，樹立（lì）更高的發展目標。製造商應立足於自身實（shí）際發（fā）展需要，完（wán）善工業（yè）機器人與金屬成形機床集成應用的基礎理論研究，提升工作（zuò）工藝與轉配。同時，需不（bú）斷創新，突破減速器與伺（sì）服電機等基礎零部（bù）件的（de）傳統束縛，大（dà）幅（fú）提高國產汽車（chē）製造工藝的質量（liàng）與整體水平。

    其二，在金屬成形機床的製造（zào）過程中，需（xū）加（jiā）入充足的自動化功能，促進其與工業機器（qì）人工作的協調開展（zhǎn）。在此（cǐ）過程中，汽車製造商需加強對刀具中（zhōng）先進技術的應用研究，包括強刀具磨損與補償（cháng）道具的自動檢測（cè）與更換等，有效保證汽車機床加工各單元工作的持續穩定開展。
 
    其三，汽車加工製造商（shāng）需對共（gòng）同協（xié）調工作的雙（shuāng）方進行聯動設計，並對工業機器人與金屬成形機（jī）床做出適合雙方的相應調整，形成二者度集中的協調有機（jī）統（tǒng）一體。此設計（jì）與調整不（bú）單是改變機床機械的結構，還應（yīng）包（bāo）括調整設備傳感（gǎn）器與整合控製係統等（děng），實現工業機（jī）器人（rén）與金屬成型機床的（de）空間集成。
 
    其四，在促進工業機器人（rén）與金屬成形機床（chuáng）的集成（chéng）應用過程中，應製定較為完善的技（jì）術規範與流程，有效滿足二者對（duì）機械結構設計與控（kòng）製係統等的特殊要（yào）求。因此，汽車製造企
業間應建立完備的（de）組織聯絡機製（zhì），並在機製中建立（lì）必要（yào）的技術標準與規範，加（jiā）強各（gè）環節的交（jiāo）流、溝（gōu）通與協（xié）作，充分實現優勢互補、資（zī）源共享與發展合力，推進我國機床工具行業轉
型升級 [5]。
   
     其五，為加（jiā）快工業機器人與金屬成形機床集成應用的普及，應加大對專業領域（yù）人才的培養（yǎng）力度。一方麵（miàn），需加大工業機器人研製與開發相關（guān）專業人才的培養力度，促進工業智能機器人的應用（yòng）與普及。另一（yī）方麵，在汽車金屬成形機床（chuáng）製造（zào）領域，應（yīng）加（jiā）強對工業機器人應（yīng）用人才的培養，並不斷深化關人（rén）才的專業知識與技能水（shuǐ）平。