一种自动化技术方案的机器人可提高机床的生产率

自从全球报道了机器人技术的迅猛发展，我们不断了解到越来越多的机器人正逐渐融入我们的工作队伍，与我们一起规划未来的生产蓝图。尽管人们对于两位数的增长比例已经司空见惯，但自动化技术仍然是推动生产领域革新的核心力量。从2015年至2019年，机器人行业犹如一颗冉冉升起的新星，飞速发展。据国际机器人联合会（IFR）的数据显示，到2019年为止，全球投入使用的工业机器人数量已接近290万台，相较于2015年增加了近百万。

一种多元化的自动化技术方案正在逐步形成，其中包括工业机器人、服务机器人、辅助机器人以及类人机器人等。如今，机器人技术已成为机床领域的直接自动化解决方案。虽然机床自动化并非新领域，但在最近的AMB展会上，它依然大放异彩，吸引了众多目光。知名品牌如Mazak、Schuler、Vollmer、Trumpf、Matsuura和DMGMORI等都在积极将其自动化技术集成到产品中。

那么，对自动化技术的渴求究竟源于何处？斯图加特研究所的高级工程师Thomas Stehle博士认为：“我们渴望通过自动化技术进一步提高制造流程的效率和经济效益。我们也看到了自动化技术所带来的优势，例如更高的加工精度、更短的制造周期以及提高的设备安全性等。”这种需求并非突然涌现，而是随着技术的发展逐渐显现。

机床设备与其环境的协同进步一直存在差距。自动化装卸和工件输送等环节在整体生产率的提升中是一个瓶颈。对此，弗劳恩霍夫制造工程与自动化公司的项目经理Ulrich Schneider这样描述：“尽管机床本身一直在不断改进，生产效率也在持续提高，但相邻的作业流程如装卸和物流等并没有以相同的速度发展。”

市场的热烈反响验证了自动化机床技术的发展趋势。以Kuka公司为例，一家领先的机器人设备和系统技术供应商，其在机床自动化领域的年增长率高达50%，而且这一趋势仍在持续。该公司表示在许多生产环节中仍存在未挖掘的潜力。例如，机床制造商正与Kuka紧密合作，以向用户提供全面的技术解决方案。

在AMB展会上，Mazak公司与Kuka公司的合作成果引人注目。Mazak展示了其Integrex机床与Kuka机器人的完美结合。这一技术趋势的兴起源于用户对全面技术解决方案的需求。自上世纪70年代以来，Mazak在生产自动化技术方面已具备强大的实力，如今通过与Kuka的合作进一步扩展了其自动化技术方案的灵活性。Integrex系列机床可以与Mazak的Palletech系统产品无缝对接，而Kuka的机器人硬件则提供了硬件支持。这一结合使得机器人不仅负责工件传输，还能进行刀具搬运等任务。机器人工作站还可以集成各种特殊功能，如光学或激光系统以及去毛刺加工站等。这些自动化技术虽然带来了更高的生产效率和质量，但也涉及成本问题。尽管成本是自动化技术实施的重要因素之一，但随着技术的不断发展和成熟，自动化技术的成本效益将逐渐显现并为企业带来更大的收益和竞争优势。随着技术的进步和市场的需求增长，我们有理由相信自动化技术的未来将更加广阔和充满机遇。对于许多企业而言，机器人工作站的投资成本可能会翻倍，甚至超过机床的成本，这使得许多最终用户在过去对自动化技术持谨慎态度。随着市场需求的转变，供货期的缩短、加工批量的减小、员工工资的上涨以及物流成本的不断增长，越来越多的企业开始意识到自动化技术的必要性。这种认识的变化来源于机床利用率的提高，使得自动化技术投资的回收期得以缩短，通常在两年内即可实现。

针对那些尚未下定决心投入自动化技术的企业，Schuhbauer展开了说服工作。他强调，当需要加工的部件种类繁多时，机器人的使用显得尤为重要。机器人能够高效利用生产辅助时间，执行镗孔、梳刷和去毛刺等精细操作，从而确保更高的作业质量。机器人还能协助机床工作，提高机床的产量，从而缩短设备投资回收期，有时甚至可缩短至一年以内。

在Kuka公司的例子中，其作为一个少数能够从机器人和系统与设备专有技术中获利的企业之一，展示了机床自动化领域的紧密合作。KukaSystems部门的Flexfellow型机床与KukaRobotics部门的LBRiiwa型机器人共同实现了对KukaIndustries部门摩擦焊接设备的自动化装料和卸料。这种跨部门的协同工作展示了自动化技术如何改变机床生产流程。

正如IPA公司的Schneider所明确指出的那样，在机床自动化的进程中仍存在挑战。其中最大的障碍在于如何与现有设备进行无缝对接。很多情况下，由于缺少合适的软件界面和特殊匹配的高成本问题，现有的机床上加装自动化技术装备往往会遭遇失败。特别是在板材加工领域，由于机床的使用寿命长而与之相匹配的辅助设备更新速度较慢，接口问题成为了阻碍自动化技术方案广泛应用的难题。对此，日本的Fanuc公司似乎在这方面取得了较大的成功。他们设立了标准化的连接界面，使得机器人与机床的连接更为简单和高效。这使得Fanuc作为CNC系统、机器人和生产设备的综合制造厂商，在工厂整体自动化技术方面成为值得信赖的合作伙伴。

通过简单的IO连接和安全的插头连接方式，Fanuc-CNC设备与Fanuc机器人可以轻松对接。他们还开发出了RobotConnection功能，使机床操作人员能够在CNC控制系统里直接查询机器人的工作状态，或者通过机器人控制系统来查询CNC数据。这一功能的出现进一步简化了机床和机器人系统的操作。

除了接口匹配问题外，机床自动化技术方面的另一个重要因素是零部件之间的最佳协调。Vollmer公司作为一家长期从事自动化设备协调工作的机床制造厂商，已经在这方面取得了显著的成果。他们的ND系列机器人系统投入使用已有20年之久，不仅提高了生产率，还为用户解决了专业人员短缺等问题。最新推出的Vgrind360设备展现了针对自动化机床的新技术解决方案，能够满足硬金属刀具的日益增长需求并实现连续生产的高产量。Vollmer公司总经理StefanBrand博士表示，这些技术解决方案源于与用户的深入沟通和对话。针对刀具加工领域中的操作简便化、运刀路径精确化和位置闭锁稳定化等核心问题，该公司深入挖掘在线切割设备的工作机制，并成功将其自动化技术应用于实践之中。在线切割设备内部，各个组件之间的协同工作精度达到了微米级别，这样的技术革新可直接应用于Vgrind360型机床设备的研发。这种技术革新不仅提升了工作效率，更极大地减轻了专业人员的工作负担。

在AMB展会上，Schuler公司展示了其在自动化领域的深厚经验。他们推出的LoadMasterAssist机器人装置是对LoadMaster装料系统的一次智能化扩展。随着自动化程度的提升，生产效率也得以提高，尤其是在采用LoadMaster装料系统的机床设备上表现尤为突出。LoadMasterAssist机器人能够承担起搬运等任务，从而解放了专业人员，使其能够专注于其他高价值的工作。

Trumpf公司和IPA公司的合作也围绕机床设备的自动化展开。他们的目标是在信息流和物料流方面实现全自动连接，为此，两家公司正在探索部分自动化过渡的技术方案。通过这种方式，操作人员可以在工作中获得信息的支持，现有的生产流程也能在不引入昂贵自动化技术的条件下得到改善。这种合作模式有助于解决在板材加工中面临的多变且复杂的生产环境挑战。

在面临如何说服用户采用自动化技术时，Kuka公司积极参与VDW工作组，推动通用接口规范化工作。该公司还推出了自己的技术包，如ready2grip，为用户节省时间。这种前瞻性的支持基于对自动化技术复杂性的理解，为用户选择自动化机床提供了强有力的理由。

多位专家表示，目前的挑战不仅在于技术障碍，更在于如何让用户信服自动化机床的优势。拥有自动化机床设备的用户更接近工业4.0的表征。虽然数字化和自动化是未来工业发展的必然趋势，但这并不意味着一蹴而就的转型。在追求更快、更灵活和经济地集成自动化技术的道路上，仍有许多挑战需要克服。尽管如此，随着技术的不断进步和应用领域的深化拓展，相信这一领域的发展潜力巨大，值得期待。