工业机器人在数控机床压铸件加工行业的集成应用研究
2026-1-14 来源： 济南二机床集团有限公司 作者： 周花 马飞 徐恩涛
摘要：本文基于实际生产需求，探讨了工业机器人在数控机床压铸件加工行业的集成应用。首先介绍工业机器人的基本原理和数控机床压铸件加工行业的现状和需求，然后分析了工业机器人在数控机床压铸件加工中的优势和挑战，最后提出了一种基于视觉识别和力控制的集成应用方案。本研究为推动工业机器人在数控机床压铸件加工行业的应用提供理论和实践指导。
关键词：工业机器人；数控机床；压铸件加工；集成应用
0 引言
随着科技的不断进步，工业机器人在各个领域的应用越来越广泛。在数控机床压铸件加工行业，工业机器人的集成应用研究得到了广泛关注。所谓数控机床压铸件加工是指利用数控机床对金属铸件进行精确加工的过程，传统数控机床在加工过程中需要人工操作，存在生产效率低、加工精度有限以及劳动强度大等问题。为了解决这些问题，引入工业机器人成为了一种有效的手段。工业机器人具有高灵活性、高精度、高效率等优点，能够完成复杂的加工任务，并根据不同的产品要求进行编程调整。因此，将工业机器人与数控机床集成，可实现自动化生产，提高生产效率，提升产品质量。在集成应用研究方面，要考虑的是机器人与数控机床之间的协同工作。通过合理布局和设计，使机器人与数控机床之间的工作流程紧密衔接，实现高效的工作协同。还要研究机器人与数控机床之间的数据交互和通信技术，以确保信息传递的准确性。因此，深入研究工业机器人在数控机床压铸件加工中的集成应用，对于推动工业发展具有重要意义 [1]。
1 、工业机器人的基本原理
工业机器人是现代生产制造领域中不可或缺的重要设备，其能自动执行各种复杂的操作，提高生产效率和产品质量。（1）控制系统。控制系统通过预先编程的指令，控制机械臂的运动和操作。这些指令可通过人机界面、计算机软件等方式传送给机器人。控制系统还涉及传感器，用来感知环境并提供反馈信息。（2）机械结构。机械结构由关节、链杆、连接件等组成，使机器人能在三维空间内进行操作。机械臂通常由多个关节组成，每个关节都有电动机驱动，使其能够在多个方向上灵活运动，机械结构设计也决定机器人的工作范围和工作负载能力。（3）传感器系统。传感器系统包括视觉传感器、力传感器、位置传感器等。视觉传感器帮助机器人感知环境，识别物体位置；力传感器测量机器人施加在物体上的力，并根据力反馈进行调整；位置传感器帮助机器人确定自身位置和姿态。（4）控制算法。控制算法根据输入的指令和传感器反馈信息，常见的控制算法包括 PID 控制、运动规划、路径规划等，计算出机器人应该采取的动作和操作 [2]。
2、 数控机床压铸件加工中存在的问题
数控机床压铸件加工中存在着各种问题，主要涉及压铸产品的种类、加工质量一致性、订单特点、加工效率等方面。首先，数控机床压铸件加工行业所生产的产品种类较多，但差异化较小，这意味着在加工过程中需要进行多次装夹定位，以及进行兼容互换等操作，以确保加工后产品品质的一致性。这对于生产企业来说，无形中增加了工艺复杂度和难度，同时也增加了生产成本；其次，数控机床压铸件加工行业的订单通常是少量多次的，并且交货期较短。这对于生产企业来说，需要更加周密地协调生产计划和供应计划，以确保及时供应所需的物料，并按时完成订单交付，对于生产企业来说需要更加高效的物料管理和生产调度能力。最后，数控机床加工的性能效率较高，但编程与操作的复杂性也相对较高。要求企业需要配置更加专业的操作技术人员，以确保机床的正常运行和加工质量的稳定性。这也对企业的人力资源需求提出了更高的要求，需要拥有一支技术过硬的团队。
3 、优化企业生产制造问题集成工业机器人应用的主要方式
随着科技的不断进步，工业机器人在企业生产制造中发挥着越来越重要的作用。为了提高生产效率和质量，很多企业开始将工业机器人应用于生产线。本文介绍三种主要的工业机器人应用方式，包括集成单机工作站生产、集成多机数控机床与工业机器人组成自动化生产线，以及集成多机组成自动化、信息化的智能生产线。
（1）集成单机工作站生产是一种常见的工业机器人应用方式。通过将工业机器人与单台工作站结合，可以实现生产过程的自动化。在这种方式下，工业机器人完成一些简单重复的工作，如零件的装配、产
品的包装等，不仅可提高生产效率，还可以节省人力。同时，由于工业机器人的高精度和稳定性，能保证产品质量的稳定性。
（2）集成多机数控机床与工业机器人组成自动化生产线是另一种常见的工业机器人应用方式。在这种方式下，工业机器人与数控机床相结合，可实现复杂零件的加工和生产过程的自动化。通过工业机器人的高精度和智能化控制，有效提高加工精度和生产效率。同时，由于工业机器人的灵活性和适应性，能适应不同种类和规格的产品加工需求。
（3）集成多机组成自动化、信息化的智能生产线是未来的发展方向。在这种方式下，多个工业机器人和其他自动化设备相互协作，通过信息化系统进行统一管理，有效实现生产过程的智能化，同时可以实现生产数据的实时监测。通过分析生产数据，及时发现生产过程中的问题，并进行调整，从而提高生产效率 [3].
4 、工业机器人在数控机床压铸件加工行业的集成应用
4.1 智能生产集成设计依据
随着工业机器人技术不断发展，工业机器人在数控机床压铸件加工行业的集成应用越来越广泛。采用工业机器人与数控机床集成技术可以实现生产线的智能改造，提高生产效率和产品质量。本文以工件识别、铳装配面、钻孔、攻丝、清洗和自动下料生产工艺需求为例，制定智能生产集成设计依据，如表 1 所示。
表1 压铸产品主要加工要求
（1）工件识别。通过视觉传感器和图像处理技术，工业机器人可以对压铸件进行快速准确的识别。根据压铸产品规格，设置适当的识别算法和参数，实现对产品尺寸、形状和位置的检测和测量。
（2）铳装配面。工业机器人可以根据压铸产品主要加工要求，通过自动化的铳装配面工艺，将压铸件与其他零部件进行精确的组装。通过控制机器人的运动轨迹和力量，确保装配的准确性和稳定性。
（3）钻孔和攻丝。根据压铸产品的设计要求，工业机器人可以自动进行钻孔和攻丝操作。通过控制机器人的运动轨迹和速度，实现对压铸件的精确定位和加工。
（4）清洗。在加工完成后，工业机器人可以自动将压铸件送入清洗设备进行清洗。通过控制机器人的抓取力和运动路径，确保压铸件的表面清洁度和完整性。
（5）自动下料。工业机器人可以根据生产计划和需求，自动将加工完成的压铸件从数控机床上取下并放置到指定位置。通过机器人的视觉系统和抓取装置，实现对压铸件的准确抓取和放置。除了以上
工艺需求外，还要利用工业机器人与数控机床集成技术实现料仓的上下料、自动识别工件的装夹和换产等功能。通过自动化控制系统和生产信息监控系统，实现对整个生产过程的实时监控 [4]。
4.2 智能生产线整体设计布局
该项目采用了 3 台 数 控 机 床 加 工 系 统、1 台GSK-RB35 机器人、机器人第七轴移动系统、上下料仓、二次定位及识别系统、翻面装置及清洗系统，以及 GSK 制造执行系统等集成一体的智能加工生产
线。整个生产线的设计布局经过精心规划，实现了生产过程的高效化和柔性化。数控机床加工系统是整个生产线的核心部分，通过数控技术，对铸件进行精确加工和成型。且由于采用了多台机床，能实现多种产品的同时生产，提高了生产效率。
GSK-RB35 机器人具有高度灵活的操作能力，能够完成复杂的加工任务。通过与数控机床的配合，实现自动化的生产过程，减少了人工干预，有效提高加工精度。机器人第七轴移动系统使机器人能在不同位置之间进行快速移动，适应不同产品的加工需求。上下料仓则能实现自动化的物料搬运，提高生产效率。二次定位及识别系统能检验加工过程中的铸件，确保产品质量；翻面装置及清洗系统能对加工完成的铸件进行翻转和清洗，为后续的加工工序做好准备；GSK 制造执行系统对整个生产线进行集成管理，实现生产过程的智能化控制。根据生产订单需求的不同，该智能生产线可以同时进行多种产品的柔性化混合生产，通过调整机器人的工作路径和加工程序，灵活地适应不同产品的加工要求，进一步提高生产线的适应性 [5]。
4.3 集成的数控机床系统和工装夹具
五面体加工中心是一种先进的数控机床系统，它由一台卧式加工中心和一台立式加工中心组成，这种集成的系统综合了两者的优点，能实现高效、精确的加工。卧式加工中心通常用于大型零件的加工，其主轴水平放置，工作台可以沿 X、Y、Z 三个轴向移动；卧式加工中心具有较大的加工空间和承载能力，适用于加工大型铸造件、船舶部件等；其水平布局使得切削力得到更好的分散和稳定，能实现更精确的加工效果。而立式加工中心主轴垂直放置，工作台在 XY 平面上移动，立式加工中心适用于小型零件的加工，具有紧凑的结构和较小的占地面积。由于主轴垂直放置，立式加工中心在切削时具有较好的刚性，可以提供更高的切削速度和精度。通过将卧式加工中心和立式加工中心集成在一起，五面体加工中心能够充分发挥两者的优势。在加工过程中，根据零件的形状和加工需要，可以选择使用卧式或立式加工中心进行加工。这种灵活的切换方式使得五面体加工中心能够适应不同的加工要求，并提供更高的效率和加工精度。工装夹具在五面体加工中心中起着重要的作用。工装夹具是用于固定和定位工件的装置，能够确保工件在加工过程中的稳定性和精度。通过合理设计和使用工装夹具，可提高加工效率和产品质量 [6]。
4.4 二次定位和识别系统
二次定位和识别系统是一项重要的技术，能提高加工效率和产品质量。二次定位夹具设计有销钉及基准定位面，这是为了保证工件放入机床夹具时的精准性，销钉能确保工件在夹具中的位置固定，不会发生偏移或晃动。而基准定位面则提供准确的参考点，使得机器人能够准确定位工件；夹具配备吹气装置，用于清洁工件表面的杂质 [7]。这样可以确保工件表面的清洁度，避免在加工过程中出现杂质导致的质量问题。在工件二次定位后，机器人会同时进行非接触式扫描读取工件信息，这种扫描方式可快速获取工件的尺寸和形状等信息。通过将这些信息发送给 GSK 总控制系统及生产管理系统，实现自动化的生产过程控制和数据管理 [8]。总控制系统可根据工件信息进行加工参数的调整，以实现最佳的加工效果；而生产管理系统能实时监控生产过程，并对数据进行分析，为生产决策提供支持。GSK制造执行系统如图 1 所示。
图 1 GSK 制造执行系统
5 、结语
综上所述，工业机器人在数控机床压铸件加工行业的集成应用具有提高生产效率、加工精度、降低人工劳动强度和降低生产成本的优点。因此，工业机器人在数控机床压铸件加工行业的集成应用是非常有前景和发展潜力的。在未来的发展中，建议进一步完善工业机器人的技术和功能，提高其适应性和灵活性，以满足不同企业的需求。
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