自動化機器人是人類進入文明社會以來的長期追求，也是多領(lǐng)域、多學科制造技術(shù)的集成。當今，我們已跨入新工業(yè)革命時代，“機器換人”己成為一句耳熟能詳?shù)目谔枺瑱C床人正為這場工業(yè)革命起到推波助瀾的作用。
機器人制造業(yè)的當前形勢
工業(yè)機器人是集機械、電子、傳感技術(shù)、智能控制等多門學科于一體的現(xiàn)代制造業(yè)自動化裝備。自從1962 年美國研制出世界上第一臺工業(yè)機器人以來，該技術(shù)及其產(chǎn)品發(fā)展迅猛，尤其已與機床制造業(yè)密切相關(guān)的柔性制造系統(tǒng)(FMS)、自動化工廠(FA)、計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)等融為一體。當今全球各國都大力推進機器人發(fā)展，2011 年全球工業(yè)機器人市場銷量達 16.5 萬 臺，同比增長40%，估計至2014年底，總共銷量能達到20萬臺左右。
機器人制造強國目前居前的主要有美、日、德、瑞典等，而市場需求最大的要數(shù)中、日、美、德等國。隨著中國機器人市場的不斷壯大，目前工業(yè)機器人行業(yè)四大巨頭瑞士ABB、日本發(fā)那科及安川電機、德國庫卡等都在中國設(shè)立了分公司及合資公司，這四家企業(yè)已占國內(nèi)市場比重高達55%。相對而言，目前國內(nèi)的制造實力還比較弱，但趕超勢頭強勁。
圖1 沈陽機床集團 RLS50柔性組線解決方案
當今國內(nèi)機器人制造企業(yè)如雨后春筍，生產(chǎn)品種百花吐艷各具特色， 而值得一提的是，屬于機床行業(yè)的生產(chǎn)廠家也不少，如成都廣泰實業(yè)有限公司就是專業(yè)從事機床數(shù)控系統(tǒng)、驅(qū)動電源、工業(yè)機器人開發(fā)、生產(chǎn)和銷售的民營企業(yè)；而如日中天的廣州數(shù)控，大連機床，華中數(shù)控……正以科技創(chuàng)新為動力，積極研發(fā)數(shù)控系統(tǒng)、伺服驅(qū)動、工業(yè)機器人等高端智能化產(chǎn)品。
機器人與機床關(guān)系源淵流長
一提起工業(yè)機器人，大家或許就會想起靈活旋轉(zhuǎn)的關(guān)節(jié)式那種，其實與機床更密切的柔性制造系統(tǒng)FMS，就是由工業(yè)機器人演繹而來的，因此即使柔性線中的交換托盤傳送由堆垛式小車完成，其原理就始于制造業(yè)中的機器人學。上世紀九十年代，上海機床總公司下屬企業(yè)，在交大、同濟、工大等有關(guān)單位配合下，完成了SJFMS研制并通過鑒定，其設(shè)計思路就是根據(jù)加拿大曼尼托巴大學Universityof Manitoba的安德魯教授Mr.AndrewKusiak所著的《柔性制造系統(tǒng)的建模與設(shè)計》而來，關(guān)鍵核心就是機器人學中的示教功能。也就在上世紀末，上海還建立了一家富安工廠自動化有限公司FA，專為上海汽車工業(yè)搞配套。之所以取名富安，也就是FA，即FactoryAutomation。
北京第一機床廠2 0 年前成功地向德國Frize Werner引進了兩套FMS，其中一條TC1000大線，迄今還使用正常。前幾年，長沙三一重工為擴大產(chǎn)能，分別從日本MAZAK和德國DMG引進了兩條FMS。MAZAK搬運托盤用堆垛式小車，DMG則采用工業(yè)機器人，盡管樣式不同，但核心原理仍同出于機器人學。
機器人在機床工業(yè)上的應(yīng)用
機器人應(yīng)用于機床，可謂比比皆是，有金切、鍛壓、激光加工以及焊接等等，值此僅舉幾個簡單實例：
沈陽機床為迎合市場需求，自主研發(fā)的自動化加工單元RLS50，可滿足汽車、摩托車、軸承、電子、航天、軍工等行業(yè)的中小批量、多工位操作零件的高柔性自動化生產(chǎn)。它以工業(yè)機器人為搬運主體，服務(wù)于兩臺或三臺數(shù)控車床和一套工件存儲料庫，以及工件翻面模塊、測量模塊等選配模塊，構(gòu)成高柔性自動化加工單元。抓手結(jié)構(gòu)為雙手爪結(jié)構(gòu)，并帶有彈出機構(gòu)，既能保證自動化加工單元效率，又能保證工件上下料的定位精度。
當加工完一個托盤上的工件后，機器人自動轉(zhuǎn)入下一個托盤進行上下料工作，無需機器人等待。機器人在加工第二個托盤上的工件時，可人工對第一個托盤進行成品-毛坯更換工作。這樣系統(tǒng)可以實現(xiàn)無縫運轉(zhuǎn)，極大的提高系統(tǒng)的生產(chǎn)效率。
該裝置還置有機械手彈出機構(gòu)，以往機器人要求重復(fù)定位精度高的時候，都是在機械手處加上一套氣動補償裝置以起到緩沖和定位作用，這樣不僅使機械手占用空間大而且成本也高。沈機設(shè)計出的氣爪彈出機構(gòu)不僅解決了重復(fù)定位與緩沖的問題，而且成本低，省去了補償裝置，占用空間也減少50%（圖1）。
在CCMT2014中國數(shù)控機床展覽會上，F(xiàn)ANUC、廣數(shù)等工業(yè)機器人風姿綽約，到處都有他們的產(chǎn)品應(yīng)用，這說明我國制造業(yè)的自動化程度大為提高。
廣州數(shù)控展出的RJ系列三關(guān)節(jié)專用上下料機器人，是為用戶量身定制的，其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊、節(jié)省占地與空間、運動節(jié)拍快，故特別適合車、銑等機床的大批量零件生產(chǎn)的自動化上下料工序。
大連光洋科技展出的強力搬運機器人，是垂直多關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)向的六軸機器人，腕部能運送165kg的零件，控制系統(tǒng)采用該公司自行開發(fā)的GONA高可靠性數(shù)控系統(tǒng)及高精度伺服系統(tǒng)，重復(fù)定位精度可達±0.2mm。這類機器人除了搬運敏捷、安全可靠外，還能支持視覺、力覺等智能傳感信息。
大連機床集團，他們現(xiàn)在辦展甚至在每一臺機床旁都配一臺工業(yè)機器人，其意圖就是為將來的24小時無人車間作鋪墊。
工業(yè)機器人的展示，除大多數(shù)地裝、走軌式多關(guān)節(jié)臀式之外，還有不少桁架式的，其中寧夏小巨人所采用的桁架式機器人十分典型。該車削中心分兩個區(qū)域，右邊是臥車主軸及動力刀庫，而左邊就是工件庫，其零件上下料交換就是通過桁架橫梁上的兩個機械手，經(jīng)過抓子的松緊及關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)工件的自動上下料。
浙江日發(fā)機床，他們研制的柔性線，有一條就采用RFSCDQ系列的小型桁架機械手，其主橫梁采用伺服電機驅(qū)動，豎梁可根據(jù)用戶實際情況，選擇伺服電機或氣缸等方式驅(qū)動，結(jié)構(gòu)小巧輕便，運行速度高，可達120m/min以上，組線也非常靈活，不但可以單機組成一個獨立的自動化線，也可通過柔性物流輸送系統(tǒng)實現(xiàn)多機并聯(lián)運行，完成零件多個工序的加工，組成串（并）聯(lián)的多機自動化生產(chǎn)單元。因此特別適合進行規(guī)則盤類或棒料類小型零件的快節(jié)拍、大批量自動化加工。
機器人在機床上的應(yīng)用，不僅局限于物流搬運，目前已發(fā)張展到了切削。譬如意大利著名的機器人制造企業(yè)EVOLUT，他們10年前就開發(fā)成了DC-5工作單元，用于對金屬另件去毛剌，其最大負荷可達120/150kg，可代替4個工人的工作量。上海有家格林策巴赫機械（上海）有限公司，在工博會上巳亮相了機器人自動打磨技術(shù)，因此以后發(fā)展到鉆、銑，車，甚至復(fù)合加工，也是完全可能的。
機器人形勢展望
隨著工業(yè)化、智能化這兩化融合越來越深入，2015年的工業(yè)機器人市場肯定看好，包括機床工業(yè)。僅舉一例，名不見經(jīng)傳的浙江玉環(huán)金鼎數(shù)控機床有限公司，他們向山東五征農(nóng)用車集團，提供了4臺數(shù)控車床，并配置了兩臺桁架式機械手，由于使用情況良好，現(xiàn)有7-8家用戶正在洽談新項目。估計至2020年，機器人國內(nèi)需求，將會達到250億人民幣。就技術(shù)層面而言，機器人將朝著高速、高精、高可靠性等方向發(fā)展。在智能化和網(wǎng)絡(luò)化在引領(lǐng)下，它的傳感技術(shù)、它的可重構(gòu)性、它的虛擬仿真以及伺服控制等勢必越來越進步。
圖2 工業(yè)機器人去毛剌
德國Zimmermann公司創(chuàng)作了一張未來機床的想像圖，完美地將機床與機器人結(jié)合在一起（圖2），這表明越來越豐富的創(chuàng)造想像力，將強勁推動社會發(fā)展，更好地造福于人類。
