我們常說團結就是力量，只有相互配合，才能把工作做得更加完美。這不僅僅適用于人類。

工業機器人和數控機床也是一樣的，也是需要相互配合才能做好工作，提高工廠的生產效率。

所以今天要學習的是工業機器人和數控機床是怎么配合工作的？以FANUC機器人為例。

FANUC機器人在電機外殼加工生產線上的應用過程，采用機器人自動上下料技術及利用iRVision視覺系統，合理地規劃機器人運動軌跡，把工業機器人搬運技術及數控機床加工技術有機地組合起來，實現自動裝卸工件、自動碼放加工成品，實現產品的高精度、高效率和低成本加工。

1、FANUC機器人

自動加工生產線配置了兩臺FANUC Robot M－20iA搬運系統機器人，其中一臺機器人作為行走機器人R1，使用FANUC伺服電動機αiF12／3000控制，通過精密減速機、齒輪及齒條進行傳動，重復精度高，可以輕松適應機床在導軌兩側布置的方案。

主要用于毛坯工件的抓取、機床上料、加工工序間工件抓取以及加工成品卸除并運送到傳輸帶上。

另一臺固定機器人R2結合FANUC獨有的智能機器人技術（iRVision視覺功能），用于下料，在料筐里碼放加工成品。

FANUC Robot M－20iA機器人各環節每一個結合處為一個關節點或坐標系，其外形及各關節位置如下圖所示。

2、自動加工線設備布置

電機外殼自動加工生產線由上料輸送帶和下料輸送帶（分別配置iRVision視覺系統）、行走機器人R1（導軌式）、固定機器人R2、兩臺VM850立式加工中心、一臺CLX360數控車床、成品料筐和系統控制柜等組成，各設備布置如下圖所示。

3、 數控加工工藝

工件為電機外殼， 如下圖所示， 為大批量生產， 材料是ADC12鋁合金。加工內容包含端面銑削鉆孔、攻螺紋和內孔車削等內容。

零件加工工序內容分配如下：

（1）VM850立式加工中心1進行M4螺紋底孔鉆孔、M4螺紋攻螺紋及銑削外圓凸臺工序加工，如下圖所示。

（2）VM850加工中心2進行鉆6個φ 5．5mm的通孔、孔口倒角工序加工，如下圖所示。

（3）CLX360數控車床進行內孔及臺階孔、孔口倒角工序加工，如下圖所示。

此外， 還需要設計專用夾具， 加工中心夾具采用內夾方式，數控車床采用外夾方式。

4、機器人自動上下料動作設計

根據工件的外形特點設計機器人氣動手爪部件，包含氣動、傳感器及機械部件等。工件加工工藝流程如下：

①毛坯工件擺放在上料傳送帶上。

②行走機器人R1復合手爪抓取毛坯工件，行走到加工中心位置，將工件安裝到加工中心的專用夾具上，如下圖所示。

③待加工中心1加工完成后，行走機器人R1復合手爪取下工件，行走到加工中心2位置，將工件安裝到加工中心2的專用夾具上，如下圖所示。

④待加工中心2加工完成后，行走機器人R1取下工件到數控車床位置，將工件安裝到專用夾具上，如圖9所示。待工件加工完成后取下工件，機器人行走到工件翻轉臺位置，進行工件翻轉、交換，如下圖所示。

⑤工件在翻轉臺進行交換后，機器人R1把加工成品放置在下料傳送帶上，如圖11所示，由機器人R2進行工件下料、自動碼放在成品料筐中，如下圖所示。

至此， 結束一個完整的加工流程。各加工工序有相應的節拍，經過調整CNC加工程序以及機器人動作程序后，可實現數控機床加工與機器人上下料的完美組合。

5、 專用夾具設計

依據三臺數控機床各自的加工工序任務，設計三套組合氣動夾具，介紹如下。

（1）立式加工中心1專用夾具：立式加工中心1進行鉆孔、攻，如下圖所示。

（2） 立式加工中心2 專用夾具：立式加工中心2進行鉆6個φ 5．5mm的通孔、孔口倒角工序加工，設計以氣動三爪自定心卡盤夾緊工件，以兩個彈性V形塊定向的夾具，如下圖所示。

1．啟動卡盤 2．支承塊 3．彈性V形塊 4．特制卡爪

（3）數控車床專用夾具：數控車床進行內孔及臺階孔、孔口倒角工序加工，設計以一面兩銷定位工件、以氣動旋轉夾緊器夾緊方式的夾具。

6 、機器人、P LC與數控機床的接口

為保證機器人與數控機床的安全配合，要建立機器人、PLC以及數控機床之間安全可靠的通信連接。

在硬件方面，通過屏蔽電纜將三者之間相應的輸入與輸出點進行連接。軟件方面，通過機器人專用軟件、PLC接口，采集機床和機器人當前狀態，編寫相應的符合上下料邏輯的控制程序，最終達到數控機床與機器人的有效通信。

重點需要處置緊急停止信號、數控機床準備完成信號、機器人手爪氣動信號、數控機床夾具松夾信號以及安全門信號等，數控機床狀態監控畫面如下圖所示。

隨著工業機器人的應用越來越廣泛，應用技術也越來越高，因此工業機器人自動上下料機構作為數控機床輔助部件，越來越受到機床制造商和用戶的重視。

通過機器人和數控機床的緊密配合，保證系統加工過程的緊密性，降低了工人的勞動強度，大大提高了工作效率，具有較好的應用價值。

工業機器人與數控機床融合發展的途徑探討

近年來，機床行業市場規模整體萎縮、產能過剩等問題日益凸顯，機床工具產業正面臨和經受調整轉型的嚴峻考驗。自2011年起，機床企業的凈利潤紛紛開始下滑，整個機床行業可謂萬馬齊喑。與此同時，隨著勞動力成本的上升以及企業智能化的轉型，機器人市場卻備受追捧。

事實上，相對于其他行業，機床行業進軍機器人有著無可比擬的優勢。機器人關鍵應用在于運動控制，而運動控制則是保證機床精度的一個重要因素。從這個角度來說，機床制造與機器人制造技術關聯度非常大。

除傳統的焊接應用外，機器人在機床上下料、物料搬運碼垛、打磨、噴涂、裝配等領域也得到了廣泛應用。金屬成形機床是機床工具的重要組成部分，成形加工通常與高勞動強度、噪聲污染、金屬粉塵等名詞聯系在一起，高溫高濕甚至有污染的作業環境使得這個崗位招人困難。工業機器人與成形機床集成，不僅可以解決企業用人問題，同時也能提高加工效率和安全性、提升加工精度，目前已成為大的發展趨勢。

機床是生產機器零部件的機器，簡單地說就是生產機器的機器。數控機床是機床的數字化和智能化，主要通過數控裝置發出信號，控制機床按圖紙的要求，根據形狀和尺寸，自動地將零件加工生產。數控機床較好地解決了復雜、精密、小批量、多品種的零件加工問題。說白了，就是機械零部件的生產從手工化，到機械化，再到數字化的應用過程。

而機器人是高精尖的高科技產品，很多核心零部件比如伺服電機、驅動器、控制器、減速器等都需要精確度高的機床來生產，包括轉盤、大臂、小臂、箱體、腕體等關鍵零部件也是靠機床完成得，即便人工和機械能生產出來，也很難確保產品的精確度。

核心或者關鍵零部件有絲毫的誤差都會影響機器人的運動和操作精度。尤其是電子產品行業對機器人的要求非常苛刻。所以，只有確保關鍵技術和零部件的精確度，機器人應用和推廣才有技術和質量基礎。洛江區政府的這一做法，將很好地推動機器人產品生產，對提到產品質量有很大示范性作用。

此外，中國機器人市場未來可預期的快速增長或也是上述機床行業紛紛涉足的關鍵原因之一。

工業機器人與數控機床的融合應用

兩大產業現狀

我國數控機床中低檔產品基本滿足市場需求，設計、研發和應用水平有一定提高。可以說，我國數控機床的生產總量和規模已經躍居世界前列。但我國以五軸、高速、精密為代表的高端數控機床在國際競爭中仍然處于弱勢地位，與工業發達國家相比仍然存在階段性差距，特別是高檔數控系統為代表的高端關鍵功能部件對外依存度較高。

機床制造過程中許多崗位主要依賴工人的體力和技能，生產效率低、勞動強度大、缺少熟練技工人才，難以保障產品穩定性和一致性，促使機床行業越來越多地采用工業機器人及智能制造技術來改造傳統工藝流程。以往，昂貴的進口機器人和生產線主要在汽車等少數行業使用，在機床行業等裝備制造業領域應用比例偏低，很大程度上制約著國內機床行業自動化程度的提高。

因此，如何推動工業機器人產業和機床工具產業的融合發展，如何做到工業機器人與數控機床的互為集成應用，已成為當前現代裝備制造業產業升級的重要話題。

此外，隨著智能制造行業的不斷推進和制造業人力成本的不斷提升，工業領域“機器換人”現象普遍。結合我國目前的情況來看，我國人工成本仍然處于上升階段，并且從2012年工業機器人爆發以來，才持續了不到5年時間，從日本長達10年高速增長的經驗走勢，我國正在使機器人行業往更深度，更全面的領域發展。

如何提升機器人產業的整體質量？總的來說，具有數控系統的基礎，控制系統、伺服電機、伺服控制系統都能夠批量生產的企業具有一定優勢。日本FUNAC公司的產業推進路線，就是一個成功的典型案例，值得借鑒與參考。請加微信公眾號：股權內參(eguquan) 馬云都在關注

國內已有幾家數控系統企業紛紛進入工業機器人產業，走在最先的廣州數控，自2006年起規劃研制工業機器人產業，已走過8個年頭。借助自身控制器、伺服驅動、伺服電機產品生產積累的經驗，已完成工業機器人系列化的全自主開發，產品覆蓋了3~200kg，功能包括搬運、機床上下料、焊接、碼垛、涂膠、打磨拋光、切割、噴涂、分揀、裝配等。

隨著用工成本上漲、技能人才缺少、高危環保、高強度作業等問題的凸顯，工業機器人參與生產制造已被廣泛認知和不斷使用，成為社會關注的焦點。政府更是借此促進產業轉型升級，企業用其開展技術改造，轉變生產方式，提高作業效能。然而，中國的機器人保有量不大，民族品牌尚在培育中，綜合競爭力有待提升。那么，機器人行業將以什么樣的模式向前發展？現階段更需要機器人整機企業、機器人關鍵部件供應商、機器人集成商產業鏈的協同發展。

機器人與機床融合的集成方式

工業機器人與機床當前具體的應用形式主要有：

1、單機上下料

單機上下料是機器人在機床上最典型和最成熟的應用。它比人工上下料更準確、迅速、安全。對生產批量大、加工時間短的中小零件加工，或需吊裝的笨重工件而言，機器人上下料的優勢特別明顯。

機器人與機床的結構關系分為機器人安裝于機床外部和與機床構成一體兩種形式。安裝于機床外部的機器人，又分為固定式、移動式和椼架式等類型。

2、機器人與機床組成柔性生產線

由機器人承擔工件的工序轉換工作，與若干臺機床組成柔性生產線，是一種比單機上下料更為復雜也更有價值的一種應用。在當前工業轉型升級過程中，市場需求越來越旺盛。

在這種應用場合下，機床布局取決于工藝路線和現場條件等因素。常見的有L型、U型和直線型、對面布置等形式，其中三臺數控機床構成U型的布局，由一臺機器人在場地中間進行工件轉換，這種布局十分緊湊。

3、與機床共同完成加工工藝過程

機器人夾持工件在沖剪、折彎機上實現加工操作，不僅是簡單的上下料，而是替代了所有原來的人工作業。這比人工操作現加準確和快速，從而提高了產品質量和生產效率。尤其是徹底解決了沖壓類機床的工傷隱患。

4、獨立完成加工工序

給機器人裝上專用手爪，機器人可以完成切割、打磨、拋光、清洗等工藝過程。甚至于可以讓機器人直接夾持切削工具，對工件進行打孔、攻絲、鉚接，也可以進行切削加工。在這種情形下，機器人本身就是一臺機床。

具備視覺、觸覺的機器人可以用于組裝、零件分選等復雜工序，即使是上下料，也可以不用帶有定位裝置的專用工位器具。

給機器人裝備特殊手爪，可用于高溫環境下作業的鑄造、鍛造機械，完成取鐵水、澆注、上下熱毛坯、更換熱態的模具等人工難以直接完成的工作。