数控加工中工业机器人的应用技术分析

摘 要：探讨工业机器人在数控加工中的应用，主要涉及电动葫芦减速器、起升电机等零部件自动化加工方面，分析其在提高加工效率、保證产品质量、减少劳动强度等方面的优势，并总结该领域的基础知识和发展趋势。

关键词：数控加工；工业机器人；应用

中图分类号：TG659;TP242.2                       文献标识码：A                           文章编号：2096-6903（2023）12-0044-03

0 引言

随着科技的不断进步和工业化的快速发展，工业机器人在数控加工中的应用越来越广泛。数控加工是一种现代化的加工方式，而工业机器人作为数控加工的重要组成部分，其应用也越来越广泛。工业机器人在数控加工中可以实现自动化操作，减少了人力资源的投入。传统的数控加工需要人工操作机床，不仅劳动强度大，而且容易出现操作失误，影响产品质量。而工业机器人可以根据预先设定的程序自动完成加工过程，大大提高了加工效率，降低了人为因素对产品质量的影响。

工业机器人以其高效、精准的特点，为数控加工提供了强有力的支持。通过深入研究工业机器人的应用，可以更好地了解其在数控加工中的优势和潜在的挑战，为工业界提供更好的解决方案。

1 工业机器人在数控加工中的优势

工业机器人在数控加工中具有许多优势。工业机器人具有高度的精确性和重复性，可以实现精密加工，确保产品的质量和一致性。与人工操作相比，机器人能够更加稳定和准确地执行加工任务，减少了人为因素对加工精度的影响。

工业机器人还具有高效的工作速度和生产能力。机器人可以在连续的工作周期内持续运行，无需休息或疲劳，从而提高了生产效率和产量[1]。

应用工业机器人还可以提高工作环境的安全性。机器人具有自动化和自主性，可以减少人员与危险机器设备接触的机会，降低了事故和风险。

工业机器人在数控加工中的优势体现在高精度、高效率、灵活性和安全性方面，它们为企业提供了更稳定、可靠和可持续的生产解决方案，提高了企业的生产效率和竞争力。

2 工业机器人在数控加工中的关键技术

2.1 机器人定位与导航

工业机器人在数控加工中的机器人定位与导航技术是实现自动化生产过程中的关键技术之一。机器人定位与导航技术的目标是使工业机器人能够准确地定位并导航到目标位置，以完成特定的加工任务。在数控加工中，工业机器人需要准确地定位到待加工工件的位置，以便进行精确的加工操作。

为了实现这一目标，机器人定位与导航技术采用了多种方法和多个传感器。常用的方法包括视觉定位、激光定位、惯性导航等。视觉定位是指通过摄像头或其他视觉传感器获取工件或工作环境的图像信息，然后通过图像处理算法来计算机器人与目标位置之间的相对位置关系。这种方法具有实现较高的定位精度，但对于光照条件和工件表面的特殊要求较高。

激光定位是利用激光传感器发射激光束，通过测量激光束的反射时间和角度来计算机器人与目标位置之间的距离和相对位置关系。这种方法适用于大范围的定位和导航，但需要较复杂的计算和传感器配置。

惯性导航是利用惯性传感器（如加速度计、陀螺仪等）来测量机器人的加速度和角速度，然后通过积分计算机器人的位置和方向。这种方法适用于较小范围的定位和导航，但对于长时间的运动会存在累积误差[2]。

2.2 路径规划与轨迹控制

工业机器人在数控加工中起着至关重要的作用。路径规划和轨迹控制是确保机器人在加工过程中高效、准确地执行任务的关键步骤。路径规划是指确定机器人在加工过程中的最佳路径，以最大程度地减少时间和能量消耗。

考虑到工件形状、机器人自身限制以及加工精度要求等因素，需要综合考虑多个因素。在路径规划中，常使用的方法包括最短路径算法、遗传算法以及模拟退火算法等。通过这些算法，机器人可以通过高效的路径来完成加工任务。

轨迹控制是确保机器人按照规划好的路径准确运动的过程。对于数控加工来说，轨迹控制需要考虑到机器人的动力学特性、加工速度和加工质量等因素。通过采用先进的控制算法和传感器技术，机器人可以精确地按照规划好的路径进行运动，并在加工过程中实时调整轨迹，以保证最终加工结果的质量[3]。工业机器人在数控加工中的路径规划和轨迹控制的优势，不仅在于提高了加工效率和质量，还可以减少人力资源。相比传统的手工操作，工业机器人可以在短时间内完成复杂的加工任务，并且具有更高的精度和稳定性。

2.3 感知与检测

工业机器人在数控加工中的感知与检测技术是现代制造业中的重要一环。它们能够通过感知和检测技术来获取周围环境的信息，并根据这些信息来判断和执行相应的任务。感知技术是工业机器人实现自主操作的基础，通过搭载各种传感器，如视觉传感器、力传感器、触觉传感器等，工业机器人可以实时感知到周围的物体、位置和力量等信息[4]。例如，视觉传感器可以用于工件的定位和识别，力传感器可以用于测量和控制加工力度，触觉传感器可以用于实现机器人与环境的交互。

检测技术是工业机器人在加工过程中保证质量和安全的关键。通过搭载各种检测设备和算法，工业机器人可以对加工过程中的各项参数进行实时监测和分析。例如，机器人可以通过检测工件的尺寸、表面质量和几何形状等来确保加工精度，通过检测刀具磨损情况和加工力矩等来实现刀具的自动更换和故障预警。在数控加工中，工业机器人通过感知与检测技术的应用，可以提高加工的效率和精度。通过实时感知和检测，机器人可以自动调整加工参数，优化加工路径，减少加工误差，提高产品质量。

2.4 精确力控制

工业机器人在数控加工中的精确力控制技术是一项关键技术，它可以提高加工精度和生产效率，并且减少人工操作的风险。

在工业机器人的精确力控制技术中，有以下2个关键的方面需要考虑：①机器人的传感器技术。通过安装各种传感器，如力传感器和视觉传感器，机器人可以实时感知和测量工件表面的力和位置信息。这些传感器可以将数据反馈给控制系统，从而使机器人能够实时调整加工力度，以达到精确的加工要求。②机器人的控制算法。通过使用先进的控制算法，如PID控制算法和自适应控制算法，机器人可以根据传感器数据和预设的加工要求，实时计算和调整加工力度。控制算法可以帮助机器人在加工过程中保持稳定的力控制，从而提高加工精度。

2.5 自适应控制

工业机器人在数控加工中的自适应控制技术是利用先进的传感器和控制算法，使机器人能够根据工件的实际情况自动调整加工过程的技术。该技术可以提高加工过程的精度和效率，减少人工干预的需求。在数控加工中，工业机器人通过预先编程的路径来执行加工操作。然而，由于工件的尺寸、形状和材料的差异，以及加工过程中的变形和磨损等因素，机器人执行加工操作时可能会出现误差。

自适应控制技术的引入可以解决这些问题。一方面，自适应控制技术利用传感器实时监测工件的尺寸和形状，以及机器人执行加工操作时的反饋信息，如力、扭矩和位移等[5]。这些传感器可以精确地获取工件的实际情况，并将数据传输给控制系统。另一方面，控制算法根据传感器提供的数据，对机器人的运动进行实时调整。例如，当工件的尺寸发生变化时，机器人可以自动调整加工路径和速度，以保持加工精度。当工件表面出现磨损或变形时，机器人可以根据传感器反馈的力和位移信息，调整加工力度和方向，以确保加工质量。

2.6 数据处理与通信

工业机器人在数控加工中的数据处理与通信技术在现代制造业中起着至关重要的作用。工业机器人通过高效的数据处理和通信技术，能够实现更精确、更高效的数控加工操作，提高生产效率并降低成本。数据处理是工业机器人在数控加工中的关键环节之一。通过传感器和编码器等设备，工业机器人能够实时采集并处理各种数据，如工件的尺寸、形状、位置等信息。通过对这些数据进行分析和处理，工业机器人能够实现自动化的数控加工操作，并根据需要调整工艺参数，确保加工质量的稳定性和一致性。

通信技术在工业机器人中起着连接和协调各个系统的重要作用[6]。工业机器人通过网络通信技术，可以与生产线上的其他设备进行实时的数据交换和信息共享。通信技术使得工业机器人能够与其他设备实现协同工作，实现更加复杂和灵活的生产操作。

3 工业机器人在数控加工中的应用领域

3.1 电动葫芦减速器的自动化加工

电动葫芦减速器的自动化加工是一种先进的生产技术，它利用先进的机械设备和自动化控制系统来完成减速器的制造过程。在这种自动化加工过程中，传统的人工操作被机械化和自动化取代，大大提高了生产效率和产品质量。在自动化加工中，采用了先进的数控机床和机器人技术，可以实现对电动葫芦减速器的精确加工和组装。通过预先编程的控制系统，机床和机器人能够按照设计要求自动完成各项加工工序，如铣削、钻孔、螺纹加工等，确保产品的尺寸和形状精度。自动化加工采用先进的传感器和检测设备，可以实时监测和控制加工过程中的各项参数，如温度、压力、速度等。通过及时调整和优化加工参数，可以保证产品的质量稳定性和一致性。

3.2 起升电机的自动化加工

起升电机的自动化加工是一项重要的工艺，它可以提高生产效率、降低人工成本，并且确保产品的质量稳定。

自动化加工通过引入先进的机器人和计算机控制系统，实现对起升电机生产过程的自动化操作。这些机器人可以完成起升电机的组装、焊接、涂装等工序，大大提高了生产效率。计算机控制系统可以对整个生产线进行精确的监控和调控，确保产品质量的稳定性。

自动化加工还可以通过引入智能化设备和传感器，实现对起升电机生产过程的智能化管理。这些智能化设备可以实时监测生产过程中的各项参数，如温度、压力、速度以及产品质量的各项指标等。一旦发现异常，智能化设备可以自动进行调整和修正，保证产品符合标准要求。

自动化加工可以通过优化生产流程，实现生产过程的无人化[7]。例如，可以利用自动化输送设备，将起升电机的零部件从一个工序自动转移到下一个工序，减少了人力搬运的需求。利用自动化的仓储系统，实现对零部件和成品的自动存储和取货，提高了物料管理的效率。

起升电机实现自动化加工可以提高生产效率、降低成本，并且确保产品质量的稳定性。随着科技的不断进步，自动化加工在工业生产中的应用将会越来越广泛。表1为电机加工中心刀具表。

4 结束语

工业机器人在数控加工中的应用正逐渐成为制造业发展的重要方向。随着技术的不断进步和人工智能的发展，工业机器人在数控加工中的作用将变得更加重要和广泛。应用工业机器人，不仅可以提高生产效率和产品质量，还可以减少人力成本和劳动强度，提高工作环境的安全性和舒适性。通过自动化的操作，工业机器人可以实现高精度、高速度和高稳定性的加工，满足不同行业对产品的多样化需求。

参考文献

[1] 徐一刚，陈沿宏，陆天睿，等.工业机器人如何在数控加工中应用[J].轻工科技，2021（10）：35-36，53.

[2] 许荣.工业机器人在数控加工技术中的应用探析[J].现代制造技术与装备，2021（12）：129-131.

[3] 孙梅.工业机器人在数控多轴加工中核心技术研究[J].河北农机，2022（21）：51-53.

[4] 王宇.对工业机器人应用与发展的探讨[J].中国科技信息， 2022（7）：134-136.

[5] 裘钧.我国机器人加工研究现状分析[J].机械工程师，2022 （3）：1-3.

[6] 申耀武.工业机器人在数控机床中的运用实践研究[J].湖南农机，2019（1）：5-6，9.

[7] 张传.工业机器人技术在机械制造中的应用研究[J].中国金属通报，2019（5）：250-251.

收稿日期：2023-08-25

作者简介：程洪金（1978—），男，江苏江阴人，机械工程师，从事数控加工工作。