近年来,机床行业市场规模整体萎缩、产能过剩等问题日益凸显,机床工具产业正面临和经受调整转型的严峻考验。自2011年起,机床企业的净利润纷纷开始下滑,直到2017年机床全行业亏损企业占比仍达33.8%,当前中国机床行业上游成本加大、下游产品价格同步提升,使企业处于微利或亏损状态,而企业适应市场中高端需求的能力也不足。
与此同时,随着劳动力成本的上升以及企业智能化的转型,机器人市场却备受追捧。
图12012-2020年全球工业机器人销售额及增长率
除传统的焊接应用外,机器人在机床上下料、物料搬运码垛、打磨、喷涂、装配等领域也得到了广泛应用。金属成形机床是机床工具的重要组成部分,成形加工通常与高劳动强度、噪声污染、金属粉尘等名词联系在一起,高温高湿甚至有污染的作业环境使得这个岗位招人困难。工业机器人与成形机床集成,不仅可以解决企业用人问题,同时也能提高加工效率和安全性、提升加工精度,目前已成为大的发展趋势。
那工业机器人和数控机床是怎么配合工作的?又是需要哪些专用夹具是分别应用到机械手和数控机床上的?这里以FANUC机器人为例。
1、电机外壳加工生产线上的配合应用
FANUC机器人在电机外壳加工生产线上的应用过程,采用机器人自动上下料技术及利用iRVision视觉系统,合理地规划机器人运动轨迹,把工业机器人搬运技术及数控机床加工技术有机地组合起来,实现自动装卸工件、自动码放加工成品,实现产品的高精度、高效率和低成本加工。
自动加工生产线配置了两台FANUC Robot M-20iA搬运系统机器人,其中一台机器人作为行走机器人R1,使用FANUC伺服电动机αiF12/3000控制,通过精密减速机、齿轮及齿条进行传动,重复精度高,可以轻松适应机床在导轨两侧布置的方案。
主要用于毛坯工件的抓取、机床上料、加工工序间工件抓取以及加工成品卸除并运送到传输带上。
另一台固定机器人R2结合FANUC独有的智能机器人技术(iRVision视觉功能),用于下料,在料筐里码放加工成品。
FANUC Robot M-20iA机器人各环节每一个结合处为一个关节点或坐标系,其外形及各关节位置如下图所示。
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2、自动加工线设备布置
电机外壳自动加工生产线由上料输送带和下料输送带(分别配置iRVision视觉系统)、行走机器人R1(导轨式)、固定机器人R2、两台VM850立式加工中心、一台CLX360数控车床、成品料筐和系统控制柜等组成,各设备布置如下图所示。
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3、数控加工工艺
工件为电机外壳, 如下图所示, 为大批量生产, 材料是ADC12铝合金。加工内容包含端面铣削钻孔、攻螺纹和内孔车削等内容。
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零件加工工序内容分配如下:
(1)VM850立式加工中心1进行M4螺纹底孔钻孔、M4螺纹攻螺纹及铣削外圆凸台工序加工,如下图所示。
图5
(2)VM850加工中心2进行钻6个φ 5.5mm的通孔、孔口倒角工序加工,如下图所示。
图6
(3)CLX360数控车床进行内孔及台阶孔、孔口倒角工序加工,如下图所示。
图7
此外, 还需要设计专用夹具, 加工中心夹具采用内夹方式,数控车床采用外夹方式。