怎样对现有机床进行机器人自动化技术改造?

受DARPA和美海军信息战司令部太平洋中心资助，麻省理工学院的研究人员研发出一种自动化系统，能自主设计和3D打印复杂的机器人执行器。

目前的机器人功能越来越复杂，机器人专家一般需手动计算相关重量、效率、外观、灵活性、功耗等参数，才能获得执行器的**配置方案。为此，研究人员设计了一种自动化系统，通过多目标设计优化和多种材料的按需3D打印，实现机器人执行器的自动化设计和生产。系统使用3种可紫外光固化的聚合物材料，包括硬质丙烯酸酯聚合物、弹性丙烯酸酯聚合物、Fe3O4纳米颗粒/聚合物复合材料。随后，将机器人执行器设计图分解为数百万个体素，用光线追踪算法进行模拟，在不同体素处尝试填充不同材料，获得**加工方案。研究人员将三种聚合物材料连接至3D打印机头，打印头上有数百个可单独控制的喷嘴，可将约30μm的液滴喷射至相应体素位置，并由紫外光照射固化，制成电磁驱动的机器人执行器。

图1 执行器的设计和生产流程

这项研究将促进机器人功能的精细化，减少研发时间，还可用于构建飞机机翼等复杂结构。

我国制造业已有10多年的高速发展期，已成为世界工厂制造大国。但是直到目前为止，大部分机加工企业仍然是采用人工和专机的传统方式，这种落后的机床上下料生产方式，随着人口红利的逐步消失，已倒逼机加工企业向自动化生产转型。因此采用机器人对现有机床的上下料自动化改造，已十分迫切。在今年下半年开始，采用龙门、关节型工业机器人的自动化集成，重点为轴承、齿轮、活塞杆等机加工企业，提供了许多的自动化技术改造服务。

　　怎样对现有机床进行机器人自动化技术改造?

　　现有机床的自动化改造，主要采用工业机器人改变机床在加工过程中工件的上下料方式，用机器人替代人工和专机，完成工件装卸、工作翻转、工序转换，不用人或少用人，实现机械零部件加工单元和生产线，能实现24小时的大批量、自动化加工。

　　一、机床上下料机器人自动化改造系统设计原则：

　　因为改造项目是在工厂车间现有的条件下进行的，与新增项目相比，会受到许多客观条件的限制，因此工程项目系统设计，必须是：

　　1、个性化。切合工厂实际，能充分满足自动化生产的需要，解决好关键问题。

　　2、经济性。着眼于项目的性价比，在满足自动化生产要求的前提下，因陋就简，不求奢华，尽量少花钱，节省改造费用。

　　3、**化。用同样的改造费用，能尽**努力，提高自动化程度和自动化水平，少用或不用人工，而提高产量。

　　二、机床自动化改造项目灵活的解决方案：

　　因为改造项目是在现有条件下进行的，因而必须灵活地解决关键问题：

　　1、工业机器人选用。根据车间有效高度，生产节拍，选用龙门(桁架式)或关节型机器人。

　　2、机器人和机床的布局：加工单元和生产线的自动化上的机床和机器人，根据车间场地面积，在有利于提高生产节拍的前提下，分别采用L型、环状、“品”字、“一”字等布局。

　　3、边生产、边改造。把上下料机器人的安装调试与机床分开进行，做到生产与改造两不误。

　　三、机床自动化改造项目的科学论证

　　机床自动化改造项目，采用集成商、机器人供应商、客户三方联动机制，从机床上下料机器人自动化改造项目来看，机器人不仅起到替代工人减少劳务成本的作用，更重要的是能充分满足机械零部件多品种、大批量的柔性化加工，充分体现了生产效率高，工艺修改灵活，提高产品质量的优越性，使企业从传统加工亮丽转型智能制造共同完成。

　　可行性、可操作性的论证是机床上下料自动化改造项目实施的前提。把改造项目的预期目标，与工厂现有实际情况结合起来统筹考虑，形成计划，反复验证，减少失误，避免投资风险。

　　一、现场勘察。项目设计工程师一定要亲临现场，实地考察厂房车间现有的情况，充分掌握**手资料，不能闭门造车。

　　二、数据分析。包括现有的机床设备，加工工艺、工序、产量、工件的品种、材质、重量、形状、尺寸、精度等，一切按数据说话。

　　三、反复验证。集成设计对工程师做出的改造方案，一定要与客户的领导、职能部门工作人员和生产一线的工人，充分沟通，达成共识，不断修改完善解决方案，确保万无一失。