工业机器人在数控机床中的运用探讨

工业机器人在数控机床中的运用探讨

摘要：在进行机械制造加工的过程中，数控机床是非常关键的设备装置，为了

进一步促进数控机床生产效率和质量的提高，需要科学有效的利用工业机器。基

于此，本文主要对工业机器人在数控机床中的运用进行系统性的分析和探讨，希

望可以为我国工业领域的发展提供一些借鉴意义。

关键词：工业机器人；数控机床；运用

前言：近年来，我国信息化技术的发展速度越来越快，工业生产领域也开始有效

的应用一些先进的技术手段。在新时期，将工业机器人科学合理的应用于数控机

床当中，可以进一步促进生产时效的提高，更好的满足生产需求，下面对此进行

具体的分析。

1.工业机器人的应用优势

在数控机床中科学合理的运用工业机器人，能够促使数控机床加工能力的提高。同时还可以进行有效的参数设置，对加工时出现的误差做出补偿，防止误差

长时间累积在一起。二者的有机结合使得数控机床具有良好的高柔性，能够根据

加工工件的大小、型号和形状等，更换适宜的夹具，以便更好的满足各类产品的

加工要求，而且换产期间消耗的时间较短，可以进一步提高生产能效。除了上述

优势特征外，运用工业机器人还可以完善机床的各项加工功能，以便于同时完成

不同种类的加工。最后，通过对工业机器人的有效运用还能够提高机床的自动化

程度，使得机床各项操作更加便捷高效，减少工人的劳动强度。

2.工业机器人在数控机床中的运用

2.1设计分析

为了有效的增强数控车床的生产能效，可以利用工业机器人完成传统人工的

上下料操作。在实际操作过程中，每两台数控机床之间应用一个工业机器人，在

机器人上方设置料箱在其下方设置料盘，二者之间的距离保持在1200mm。因为

工业机器人的种类十分丰富，每个类型的机器人都有着不同的特点。比如，直角

坐标机器人占地面积大且灵活性较差，但是其定位精度比较高。而圆柱坐标机器

人易于控制且占地较小，但是定位精度较低，一般多应用于搬运工件。关节型机

器人从其结构上来看，和人体关节有着许多相似之处，能够满足多种不同的场合

需求，包括；自动上下料、搬运工件等，同时占地面积也比较小。进行综合对比

分析，主要选取关节型机器人进行数控机床生产作业。

2.2工作流程

上下料单元主要包括以下几个组成部分：数控车床、料盘、工业机器人等。

首先，工业机器人发出指令，数控机床收到后会操控液压卡盘实施夹紧、松开等

工作。料盘工位上设置了接近开关，能够对工件进行有效的检测。电机则设置在

料盘下方，能够带动料盘完成一系列的旋转运动，使得料盘转动到相应的工位上，机器人就会完成工件的抓取，然后准确的放置在物料箱当中。加工单元的实际操

作流程如下所示：第一步，工业机器人在收到指令后开始移动，到达取料位置后

通过机械手完成工件的夹取，然后再回到待机位置。第二步，工业机器人的机械

手转移到安全门前并转移到卡盘内，将工件放入。在工业机器人回到待机位置后，数控车床完成工件的加工和一系列的处理。最后一步，工业机器人转移到防护门前，确保防护门处于开启状态后，再将机械手放到卡盘内，完成工件夹取后继续

转移到防护门前，将已经完成加工的工件放置在相应的物料箱当中。

2.3回转结构

2.3.1腰部回转

对于工业机器人来说，其腰部回转方案可以选取以下两种方式：首先，将电

机设置在底座上端，通过联轴器帮助机器人实现腰部回转。其次，同样需要在底

座上端设置电机，然后将转轴、谐波减速器相连接，使得机器人腰部能够与输出

轴相连，从而带动机器人腰部进行回转。对比这两种方案，一般会选取第二种，

这主要是因为第二种方案结构构成相对简单，可以有效的进行安装、维修等操作。

2.3.2手臂回转

对于工业机器人来说。其手臂可以分为大臂、小臂，在进行手臂回转操作时

可以按照以下两种方案进行。第一种主要是通过谐波减速器完成手机与电机之间

的连接并进行回转运动。而第二种方案则需要利用电机来使谐波减速器完成相应

的回转运动。对这两种方案进行比较而言，第一种易于操作、结构简单，而第二

种则比较复杂，但是第二种方案在实际操作过程中更为稳定，可以有效的满足操

作要求。一般情况下，会选取第二种方案完成手臂回转操作。

2.3.3腕部俯仰

在进行腕部俯仰操作时，可以选用以下几种方案：首先，通过谐波减速器、

电机对动机器人腕部进行带动，使其完成俯仰运动。其次，通过电机将齿轮与联

轴器进行有效的连接，通过传动轴输送到小臂前方，对其回转方向进行转变，促

使机器人腕部完成俯仰运动。最后，利用电机、橡胶同步带引发同步带轮进行回转，然后将动力转移到小臂前端，完成俯仰运动。对比这三种方案，第一种从结

构上来看比较简单，易于控制，但是减速器和电机的设置会使得机器人腕部重量

不断加大。而第二种方案从整体结构上来看比较科学合理。最后一种方案设置了

同步带，安装、维修等都比较复杂。综合来看，适宜选取第二种方案进行俯仰运动。

2.3.4机械手传动

工业机器人的机械手传动方式主要包括：左右螺旋杆式、齿轮齿条式等，每

种方式的优缺点不同，通过对比分析，结合现实需求，决定选取齿轮齿条式完成

机械手传动操作。

2.3.5驱动方式

在进行设计时，设置驱动装置可以为机器人臂部提供充足的动力，使其能够

达到指定位置。对于工业机器人而言，可以选取的驱动形式比较复杂，一般会选

择电气、电机或者液压。对比来看，电机驱动具有良好的输出功率，其控制系统

的灵敏度也非常好，可以实现有效的运动轨迹控制，其结构十分紧凑，同时也不

会出现密封问题。出于对使用要求、作业环境等方面进行综合分析，最终选取伺

服电机完成驱动。

2.4传动系统设计

在进行数控车床机械结构设计时，要求满足以下几点要求：传动无变形、间

隙和摩擦，在实际应用工业机器人时，同样需要满足这几点要求，从而有效的保

障机器人在进行运动过程中其所处位置、路径可以按照规定要求进行。通过上文

可知，机器人关节驱动主要依靠伺服电机完成，但是电机输出力矩没有达到实际

需要力矩的要求，其转速则超过了实际需要的转速。这就要求需要通过减速器进

行科学合理的调整，从而更好的实现驱动目的。现阶段，我国工业机器人主要应

用以下几种类型的减速器，如：减速齿轮、同步带等。需要注意，选择工业机器