机器人在机加工自动线上怎么工作？

　　加工设备通过材料去除金属毛坯，满足图纸要求。目前，金属零件的机械加工大多是通过金属切割来实现的，人为因素会导致零件加工效率低，精度一致性差。

　　随着机器人技术的不断发展和人口红利的减少，基于机器人的自动加工单元的自动加工生产线得到了越来越多的应用。不仅限于更成熟的汽车缸盖行业，目前各行业的零部件加工都朝着自动加工的方向发展，包括航空航天结构部件、汽车发动机部件都实现了自动加工。

　　1.机器人机加自动线的特点和组成

　　基于机器人的机器加自动生产线是集加工设备自动化、工件装卸自动化、工件定位夹紧自动化、工件输送自动化、排屑自动化、自动生产线连锁保护自动化于一体的自动化生产系统，工件和刀具的自动检测和自动控制等于一体，灵活性好，生产精度高，效率高，大大降低了操作人员的劳动强度，易于批量生产。其典型特点是按照既定的工艺路线依次排列加工设备，并与机器人、自动输送设备和其他辅助设备连接，使其按照规定的程序自动工作。

　　在自动生产线中，工件以一定的生产节拍，按照工艺顺序自动通过工位，自动完成预定的加工工艺，最终形成合格的产品。

　　典型的机器和自动化线路主要由机器人、加工设备、工艺设备、传动设备、辅助设备、控制系统等组成。根据工艺要求、工艺流程、生产率要求、自动化程度等因素，机器和自动化线路的结构和复杂性差异很大。

　　(1)机器人。

　　加工设备的装卸装置主要由机器人或小车完成，包括桁架机器人、关节机器人、RGV和AGV小车、合作机器人等。其中，桁架机械手和关节机器人的多功能RGV小车承载能力小，承载能力大。工件输送设备和机床装卸装置可根据生产线布置和工件尺寸进行选择。

　　(2)加工设备。

　　它主要是数控机床，主要有一个封闭的加工区域，包括自动装卸门，具有自动交换工具功能，自动芯片清除功能，有些也有机器工具测量，工件检测系统。数控机床的选择主要根据加工零件的尺寸、加工精度和生产类型，同时考虑加工效率和加工稳定性，主要是垂直加工中心、水平加工中心、数控车床等。通常大批量生产选择组合机床，生产批量不大，品种应选择柔性加工系统。

　　(3)工艺设备。

　　主要包括夹具系统、工具系统、测量工具和辅助工具。其中，夹具完成了工件的夹紧和转移，以确保工件在每次加工过程中的固定、稳定和可靠。每个交换都能准确地完成工件的定位和紧固，夹具固定在工位上，以及与工件一起操作。

　　作为机械和材料的去除工具，刀具的性能应确保可靠。生产线中使用的刀具种类和规格很多，需要保证自动交换，这就要求每个加工设备都有自动交换刀具的功能，有自己的刀库和更换刀具的机械手。同时，根据需要，可以配备中央刀库，刀库可以通过交换装置运输到所需设备。为了掌握刀库的使用情况，可以配备RFID功能，掌握每个刀具的使用寿命。同时，可以在机床内安装刀具，在线检测刀具的磨损、刀具长度、刀径、断刀等。

　　(4)运输设备。

　　主要包括工件输送装置、材料储存装置(材料仓库)等。工件输送装置负责工件在不同机器和设备之间的运行，主要是链式和带式输送机构。材料储存装置也可以称为材料仓库，主要用于存储工作部件，包括空白、半成品和成品，具有单线、矩阵三维图书馆、岛式等类型。可根据工件尺寸、加工频率、现场面积等进行合理的材料仓库选择。

　　(5)辅助设备。

　　主要包括清洗装置、碎片处理装置等。对于机器和自动线路的连续有效处理，确保芯片及时顺利清除工作区域，特别是夹具定位表面的芯片。如果清洗不干净，会导致定位不准确或损坏工件，最终导致零件加工不合格。因此，加工设备通常配备主轴中心出口、主轴环喷涂、天花板喷涂等装置，大力清洗工件和夹具表面，确保工件的准确定位和夹紧。

　　每个加工设备通常都有自己的排屑系统，每个设备的切屑都排入生产线的接屑系统进行集中处理，即集中排屑，集中排屑后可以压块。

　　(6)控制系统。

　　自动化生产线的控制系统线的控制系统控制整个生产线的协同生产，控制下部机器的加工设备、输送设备和辅助装置，实行统一的调度管理，确保生产线按节奏有序进行。

　　智能机器+自动化线路主要包括数据层、物理层和人机交互平台。数据层主要负责数据的传输和分析，物理层与设备之间的数据交换主要依靠现场总线。物理层通常包括控制站、操作站和现场控制层，主要负责数据收集和遥感。人机交互平台使人与设备完美结合，确保生产线的准确性和有效性。

　　2.典型的机器人机加自动线结构类型

　　桁架机器人、关节机器人、有轨自动小车、AGV叉车、合作机器人等。基于机器人的机加自动线和工件的装卸方式。

　　桁架机加自动线路主要由加工中心和桁架机器人组成，如图1所示。桁架机器人通常由主体、驱动系统和控制系统组成，也称为直角坐标机器人，由两个或三个垂直直线运动实现。直线运动很容易实现全闭环的位置控制，可以实现高位置精度。

　　图1桁架机加自动线

　　桁架类型主要为悬臂式、龙门式和天车式三种结构。悬臂式用于搬运较轻的部件;龙门结构，主梁采用齿轮杆和轨道传动，刚度高，荷载重，不受物体重量限制，整体运动非常灵活;桁架机器人将零件从一台机床直接从一台机床输送到另一台机床。桁架机器人具有工艺间运输、自动装卸、材料旋转等辅助功能。具有传输速度快、准确、灵活、结构相对简单、组合方便等优点。

　　关节机器人加自动线(见图2)主要由关节机器人和加工中心组成，其中关节机器人主要是六轴工业机器人，通常由齿轮架驱动，直线运行在加工中心前的轨道上，形成第七轴，实现不同加工中心之间的装卸运输工件。如果地面面积有限，关节机器人可以布置在桁架上，桁架可以布置在加工中心之间，使生产线空间更加紧凑。总之，关节机器人适用于各种机床的装卸材料，动作灵活，结构紧凑，占地面积小。关节机器人具有较高的自由度和较大的工作空间。它具有高效、高稳定性、维护方便、灵活等优点，可以满足不同类型产品的生产。

　　图2关节机器人机加自动线

　　关节机器人还可以配备视觉系统，使生产线更加智能化。加工中心刀具的自动交换系统刀具的自动交换系统，使生产线加工中心的自动刀具更加灵活，提高加工中心的加工效率。这种类型的自动线材料库通常布置在生产线的一侧，便于集中管理。

　　主要由搬运车、轨道、加工中心、材料仓库等组成的轨道小车机加自动线(见图3)。汽车通常有三个直线轴：整体运动轴、伸缩轴、提升轴和第四轴的旋转轴。其中，整体运动轴可使汽车在各车站加工中心之间运行;伸缩轴可延伸到工作区域，然后提升轴上升，拖动工件托盘，然后收缩，下一站提升轴下降，伸缩轴收缩，完成不同车站之间的工件交换。该类类型的机器和自动化线路可以用来运输重型和优质的工作部件，并且可以随着需求而延长汽车轨道，具有速度快、可靠性高的特点。这种生产线的材料仓库主要布置在加工中心的对面，根据生产需要，可以是单层和多层三维仓库类型。

　　图3有轨小车机加自动线

　　AGV叉车机加自动线路主要由AGV叉车、加工中心、材料仓库等组成。AGV更加灵活，简化了生产线结构，减少了轨道车的轨道，减少了占地面积，更加开放。自动化水平较高，与加工中心和物流系统自动连接非常方便。多个AGV叉车可以形成多条柔性加工线，效率更高，更智能。

　　3.选择适合机加自动线的机器人

　　机加自动线有多种类型，如何选择适合机加自动线的机器人?可以关注以下几个主要方面。

　　(1)自由度。

　　自由度是机器人的轴数。轴数越多，机器人的灵活性就越强。轴数的选择主要基于工作空间。有足够的空间。通常，四轴机器人可以完成指定的工作。若空间狭小，需要避开障碍物，则应选择轴数较多的六轴机器人，加上直线运动轴，形成七轴。

　　(2)负载

　　根据工件的重量，如果重量太大，只能用工业机器人来完成。合作机器人承载能力小，不能满足要求。重量可以依次选择RGV小车、桁架机器人和关节机器人。

　　(3)最大运动范围。

　　要确定机器人的有效臂展和旋转直径，要确保目标工件能够被抓取，路径上不能有其他障碍物。

　　(4)速度

　　要考虑上下料的效率，还要选择合适的机器人速度，优化路径设计，提高自动化效率。

　　(5)重复定位精度。

　　指机器人反复执行一个动作的精度，只有重复定位精度高，才能保证机器人每次都停在理论的目标位置。

　　此外，还应根据工件的几何形状、工艺特点、空白形状等，选择合适的机器人。同时，根据生产车间的面积和形状，考虑哪种结构机器人能更好地适应工作空间。机器人的选择应尽可能满足生产线的灵活性，以适应不同类型和特征部件的灵活生产，提高生产线的利用率。

　　4.结语

　　随着机器人技术的不断发展和智能制造设备的逐渐强大，为了提高加工效率和精度稳定性，机器人将在机器和自动化生产线上得到更广泛的应用。基于机器人的机器和自动化生产线将朝着高度智能化的方向发展，这是信息化与工业化深度融合的具体体现。

　　多传感器集成智能机器人、智能数控加工设备、智能工艺设备、智能在线测量组件、智能物流传输设备等，结合先进的信息技术、制造技术、自动化技术和人工智能技术高度灵活性和集成智能生产线，将进一步形成智能加工车间，最终真正实现无人、智能加工在机械行业的广泛应用。