機械加工由加工設(shè)備對金屬毛坯件通過材料去除的方式，達到圖樣要求。目前，金屬零件的機械加工多以金屬切削的方式來實現(xiàn)，人為因素可導(dǎo)致零件的加工效率低、精度一致性差等。
隨著機器人技術(shù)的不斷發(fā)展，以及人口紅利的降低，基于機器人的自動化加工單元、自動化加工生產(chǎn)線已越來越多被采用。不僅局限于較成熟的汽車缸體缸蓋行業(yè)，目前在各個行業(yè)領(lǐng)域零件的加工都朝著自動化的加工方向發(fā)展，包括航空航天結(jié)構(gòu)件、汽車發(fā)動機零部件目前都已經(jīng)實現(xiàn)了自動化加工。
一、機械加工機床上下料的自動化實現(xiàn)方式
機械加工機床上下料的自動化實現(xiàn)方式主要有桁架機械手和關(guān)節(jié)機器人這兩種方式。今天來看一下關(guān)節(jié)機器人的特點。
關(guān)節(jié)機器人——用于機械加工機床上下料的關(guān)節(jié)機器人采用的軸數(shù)一般為6軸，重復(fù)定位精度為±0.06mm，常用的負載重量在10-50kg。
機床上下料機器人一般分為一對一、一對二(機床面對面擺放)、一對三(機床擺成品字形)，如果想要1臺關(guān)節(jié)機器人對多臺機床上下料，需要加上地面軌道，可實現(xiàn)1臺關(guān)節(jié)機器人對多臺機床自動上下料。
關(guān)節(jié)機器人的優(yōu)點：
關(guān)節(jié)機器人最大的優(yōu)點就是靈活性強，不受機床結(jié)構(gòu)的限制，能適用很多機床。可應(yīng)用的范圍廣泛，除了用在機床上下料，關(guān)節(jié)機器人還可應(yīng)用于打磨、拋光、焊接、裝配、搬運碼垛等領(lǐng)域。
關(guān)節(jié)機器人的缺點：
相對于桁架機械手而言，關(guān)節(jié)機器人占用的場地空間較大，它的臂展(工作范圍)有限，一臺機器想要工作范圍加大的話必須加裝它的行走軸，所以關(guān)節(jié)機器人的價格較高。
二、機器人機加自動線的特征及組成
基于機器人的機加自動線是集加工設(shè)備自動化、工件上下料自動化、工件定位夾緊自動化、工件輸送自動化、排屑自動化、自動線連鎖保護自動化、工件與刀具自動檢測及自動控制等于一身的自動化生產(chǎn)系統(tǒng)，具有良好的柔性，生產(chǎn)精度和效率較高，大大降低操作者勞動強度，易于實現(xiàn)批量生產(chǎn)。其典型特征是將加工設(shè)備按照既定的工藝路線依次排列，用機器人及自動輸送裝置、其它輔助裝置等連接起來，使其按規(guī)定的程序進行自動工作。
在自動線中，工件以一定的生產(chǎn)節(jié)拍、按照工藝順序自動地經(jīng)過各個工位，自動完成預(yù)定的加工過程，最終形成合格的產(chǎn)品。
典型的機加自動線主要由機器人、加工設(shè)備、工藝裝備、輸送裝備、輔助裝備、控制系統(tǒng)等組成。基于工藝要求、工藝過程、生產(chǎn)率要求、自動化程度等因素，機加自動線的結(jié)構(gòu)和復(fù)雜程度差別很大。
(1)機器人
加工設(shè)備的上下料裝置主要由機器人或小車來完成，具體有桁架式機器人、關(guān)節(jié)型機器人、RGV與AGV小車、協(xié)作機器人等。其中，桁架式機械手與關(guān)節(jié)機器人承載量較小，承載較大的多用RGV小車來完成。可根據(jù)產(chǎn)線布局及工件大小，進行工件輸送設(shè)備和機床上下料裝置選擇。
(2)加工設(shè)備
主要為數(shù)控機床，多具有封閉的加工區(qū)域，含有自動上下料門，具備自動交換刀具功能，自動排屑功能，有的還帶有機內(nèi)刀具測量、工件檢測系統(tǒng)。數(shù)控機床的選擇主要根據(jù)被加工零件的尺寸、加工精度和生產(chǎn)類型等來進行，同時也要兼顧加工效率和加工穩(wěn)定性，主要為立式加工中心、臥式加工中心、數(shù)控車床等。通常大批量生產(chǎn)選用組合機床，生產(chǎn)批量不大而品種繁多應(yīng)選柔性加工系統(tǒng)。
(3)工藝裝備
主要包括夾具系統(tǒng)、刀具系統(tǒng)、量具、輔具。其中，夾具完成對工件的裝夾及轉(zhuǎn)運，保證工件在每次加工中固定穩(wěn)定可靠。每次交換能夠準確無誤完成工件的定位及緊固，夾具有固定在工位上的，也有隨工件一起運行的隨行夾具。
而刀具作為機加材料的去除工具，要保證刀具性能可靠。生產(chǎn)線所用的刀具種類規(guī)格較多，還要保證能自動交換，這就要求每臺加工設(shè)備具備自動交換刀具功能，具備自己的刀庫及換刀機械手。同時根據(jù)需要可以配中央刀庫，通過交換裝置把刀庫運到所需的設(shè)備上。為了掌握刀庫的使用情況，可配備RFID功能，掌握每把刀具的使用壽命等情況。同時機床內(nèi)還可安裝對刀儀，對刀具的磨損、刀長、刀徑、斷刀等進行在線檢測。
(4)輸送裝備
主要包括工件輸送裝置、儲料裝置(料庫)等。工件輸送裝置負責工件在不同機加設(shè)備之間運轉(zhuǎn)，多為鏈式、帶式傳送機構(gòu)。儲料裝置也可稱為料庫，主要用來存儲工件，包括毛坯、半成品與成品，有單一線形、矩陣式立體庫、環(huán)島式等型式。可依據(jù)工件大小、加工頻率、場地面積等進行合理的料庫選擇。
(5)輔助裝備
主要包括清洗裝置、排屑裝置等。針對機加自動線的持續(xù)高效加工，要保證將切屑及時順利清除出工作區(qū)，尤其是夾具定位面的切屑，如清除不干凈就會導(dǎo)致定位不準或損傷工件，最終導(dǎo)致零件加工不合格。因此，加工設(shè)備通常配置主軸中心出水、主軸環(huán)噴、頂棚噴淋等裝置，大力沖刷工件及夾具表面，保證工件準確定位及裝夾。
每臺加工設(shè)備通常具有自己的排屑系統(tǒng)，而每臺設(shè)備的切屑統(tǒng)一排入產(chǎn)線的接屑系統(tǒng)中集中處理，即集中排屑，集中排屑后可對積屑進行壓塊處理。
(6)控制系統(tǒng)
自動化生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)就像大腦一樣，控制整個產(chǎn)線協(xié)同生產(chǎn)，對下位機的加工設(shè)備、輸送設(shè)備、輔助裝置等進行控制，實行統(tǒng)一調(diào)度管理，保證生產(chǎn)線按節(jié)拍有序進行。
智能的機加自動線主要包括數(shù)據(jù)層、物理層和人機交互平臺。數(shù)據(jù)層主要負責數(shù)據(jù)的傳輸和分析，物理層與設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換主要依靠現(xiàn)場總線來完成。物理層通常包括控制站、操作站和現(xiàn)場控制層，主要負責數(shù)據(jù)的收集和遙感。人機交互平臺使人與設(shè)備完美結(jié)合，保證產(chǎn)線準確、高效地完成既定加工。
三、機器人技術(shù)在機械加工應(yīng)用中存在的難點
在我國工業(yè)產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展的背景下，機器人技術(shù)在機械加工中的應(yīng)用也將越來越廣泛。為了將其優(yōu)勢最大限度發(fā)揮出來，技術(shù)人員必須對現(xiàn)階段機器人技術(shù)在機械加工應(yīng)用中存在的問題做到全面了解與掌握，并在此基礎(chǔ)上根據(jù)相關(guān)需求做好優(yōu)化與完善工作。
(一)工業(yè)機器人核心零部件是關(guān)鍵
在工業(yè)機器人的構(gòu)成中，涉及了多種類型的部件，其中不乏一些核心零部件，為了確保工業(yè)機器人的正常運行，必須提高對核心零部件的重視程度。一般來說，這些零部件主要包括高精度減速器、控制器、伺服電動機和驅(qū)動器。每一類零部件對工業(yè)機器人的性能指標都有起著關(guān)鍵作用。就我國目前工業(yè)機器人的各項核心零部件來看，大多依賴進口產(chǎn)品，尤其是高精密減速器方面的差距，也正是這一原因，從而導(dǎo)致我國國產(chǎn)工業(yè)機器人較之國外相比，仍有很大差異。除此原因外，創(chuàng)新能力不足、系統(tǒng)研發(fā)力度不夠也是制約我國工業(yè)機器人長足發(fā)展的兩個重要因素。
(二)信息交換問題
作為自動化加工系統(tǒng)，工業(yè)機器人并不是獨立存在的，而是需要計算機硬件和軟件來作為支撐，輔助機器人完成各項操作任務(wù)，同時也需要特定的管理系統(tǒng)對其進行管理和完善。這樣一來，機器人之間、機器人與計算機之間、加工系統(tǒng)與管理系統(tǒng)之間，就必須要建立起密切的聯(lián)系，但由于機器人運行有其各自特定的品牌語言，機器人生產(chǎn)廠家繁多，編程語言也是五花八門。這樣一來，必然會導(dǎo)致機器人之間與計算機之間的溝通障礙，因此，如何像計算機語言一樣規(guī)范化是世界各國機器人生產(chǎn)廠商需要解決的難點之一。
(三)剛度和精度問題
傳統(tǒng)機器人手臂常常細長且為懸臂梁結(jié)構(gòu)，這就大大降低了機器人的整體剛性，尤其是承載垂直于手臂載荷的能力很差。機器人在進行大型零件的加工上就顯得困難重重。由于串聯(lián)機器人剛度的限制，機器人的加工對象只限于軟材質(zhì)材料。此外，機器人的精度也不能滿足復(fù)雜零件機械加工精度的要求。例如，機器人關(guān)節(jié)中常用的多自由度鉸鏈自身的精度就是影響整個機器人精度的因素之一。機器人自身剛度和機器人精度是加工機器人面臨的主要問題。
占地大、造價高，同時還要保證高精度，對機床加工技術(shù)的要求越來越高。而且工件上下機床過程復(fù)雜，導(dǎo)致加工周期長。而使用混聯(lián)加工機器人可以實現(xiàn)原位加工，工件不動，機器人可以靈活“游走”，還能多機同時進行操作，大大提高了生產(chǎn)效率。同時混聯(lián)加工機器人還可以與測量、傳感技術(shù)集成，真正體現(xiàn)了制造業(yè)的“智慧”。
