刘果　万江云　李志武

摘 要：工业是一个国家发展的重要基础，新时期我国积极推行“智能制造2025”战略，通过布局工业的转型升级从而使得我国的工业制造迈入一个崭新的阶段。为实现“智能制造2025”战略应当积极做好信息化技术、自动控制技术与工业设备的有机结合，使得工业制造向信息化、智能化的方向发展。数控技术是实现这一战略的重要技术，通过加强机电一体化技术的发展与应用尤其是做好数控机器人在工业生产制造中的应用，为“智能制造2025”战略的实现注入新的活力。

关键词：机电一体化；数控技术；机械制造；机器人

中图分类号：TG659 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）21-0163-02

Abstract： Industry is an important foundation for the development of a country. In the new period， our country actively implements the "Intelligent Manufacturing 2025" strategy. Through the transformation and upgrading of the layout industry， China's industrial manufacturing has entered a new stage. In order to realize the strategy of "Intelligent Manufacturing 2025"， we should actively integrate the information technology， automatic control technology and industrial equipment， so as to make the industrial manufacturing develop towards the direction of information and intelligence. Numerical control technology is an important technology to realize this strategy. By strengthening the development and application of mechatronics technology， especially the application of numerical control robot in industrial production and manufacturing， it injects new vitality into the realization of "intelligent manufacturing 2025" strategy.

Keywords： mechatronics； numerical control technology； mechanical manufacture； robot

前言

工業机器人是现今乃至未来一段时间工业发展的重要方向，工业机器人的应用将有效的提高工业生产的效率与质量。工业机器人是工业制造技术中的数控技术、机电一体化技术的有机结合，新时期在“智能制造2025”战略的大背景下应当积极做好工业机器人的发展战略的布局，积极做好工业机器人的研发与应用，以科学技术带动工业制造的转型升级提高生产的效率与生产质量。数控技术是工业机器人发展的重要一环，在工业制造中应当积极做好数控技术的研发与应用，补齐我国在工业制造环节中的短板，提升我国在现今乃至今后一段时间内工业制造的发展潜力。

1 数控技术在工业制造领域中的应用

数控技术是计算机数字控制技术的简称，通过多年的发展数控技术由早期的硬件电路发展到现今的专用控制计算机其控制能力与控制效率发生了大幅的提升。计算机数控系统简称CNC，其通过利用计算机强大的计算能力实现对于设备的定位控制。数控系统根据存储于计算机中的各种加工控制程序执行部分或是全部数值控制用以驱动相应的伺服驱动装置来进行运动。直接数控DNC是直接数字控制的简称，它是用电子计算机对具有数控装置的机床群直接进行联机控制和管理，英文缩写DNC。直接数控又称群控，控制的机床由几台至几十台。且直接数控是在数控（NC）和计算机数控（CNC）基础上发展起来的。微机数控是微型计算机数字控制的简称，其主要利用的是微处理器和半导体存贮器的微型计算机数控装置。

在工业快速发展的今天，工业机器人是现今乃至未来一段时间工业发展的重要方向。工业机器人是机械设计、加工、数字控制的集大成之作，其内部涉及到大量的机械、自动化、数字控制等方面的技术，在工业机器人工作的过程中，依靠精密的机械动作与数字传感技术由数控系统对工业机器人的各项运动动作进行控制。在工业机器人运作的过程中具有动作稳定、操作灵活、自由度多等的特点，能够在复杂工况条件下进行高精度的动作。工业机器人在现今的工业制造中有着广泛的应用，比如说汽车制造、航空航天以及军事装备制造等领域都已经广泛的应用工业机器人进行机械生产。数控技术是工业机器人的控制核心，应当积极做好数控技术的研发与应用，结合现今高速发展的数字、信息技术来提高数控系统的控制效率与控制精度。

2 数控技术在工业机器人机械加工制造中的应用

数控技术实现对于工业机器人的运动控制，通过使用工业机器人能够完成多种复杂工件或是结构件的机械加工制造。本文以某型号的工业机器人为例介绍数控系统控制工业机器人使用铣刀完成叶轮的机械制造。工业机器人主要是由数控主轴、主轴变频器、主轴转接头以及其他部分等所组成。组成工业机器人的各部件中，数控主轴是其中的主要部分，为实现对于数控主轴的冷却可以采用水冷或是风冷两种形式，水冷通过使用循环冷却水的方式实现对于数控主轴的降温，风冷数控主轴的形式主要利用的是风扇所带来的风量来实现对于数控主轴的冷却。某型号工业机器人其有效载荷为6kg，采用水冷形式通过变频器调节输出电压和工作频率来对数控主轴的转速进行调节，使用数控系统实现对于主轴转速的精确调节。

采用主轴变频器控制转速。将高速数控主轴通过一个转接头固定在工业机器人的末端执行器上，安装上相应的加工刀具，再将驱动电源和数控主轴连接起来，使用一个数控加工的旋转台，方便工件的固定以及加工，即构成了一套完整的机器人切削加工系统。

叶轮具有复杂的空间结构，在整体加工上需要选用5轴机床进行加工。工业机器人具有6个自由度，将工业机器人用于叶轮的加工在理论上完全能够实现。在使用工业机器人完成对于叶轮的加工时，需要在数控系统上编制相应的加工程序，借助于UG/CAM模块完成工业机器人加工叶轮五轴加工的轨迹规划。UG程序中包含有多轴编程的相关模块化，在进行相关程序的编制时，按照UG程序中的顺序依次完成相关坐标系的建立、加工几何体以及加工到刀具信息等的建立。在叶轮加工的过程中主要分为粗、精加工两道加工工序，在粗加工环节中，可以选用平刀使用型腔铣削加工的方式来进行机械加工，最后大致铣出叶轮叶片的形状，采用上述机械加工形式能够有效的提高机械加工的效率。在粗加工中需要在留有足够的余量，用以避免在铣削加工中切掉叶轮叶片的型面，影响机械加工的质量。完成对于叶轮叶片的粗加工后需要对其进行精加工，精加工中需要使用6mm的球头刀，使用UG软件对刀具的运动轨迹进行编制和规划，在叶轮表面精加工时，将采用流线方式来进行刀具的驱动，球头刀的刀轴方向与待加工表面相垂直，对叶轮叶片进行精加工时，将以曲面方式驱动刀轴，从而使得铣刀的侧刃能够与驱动体相垂直。在完成了对于铣刀刀轨的保存后将可以用于工业机器人的后续加工。在完成了对于工业机器人铣刀进刀轨迹的规划后，需要使用工业机器人进行实际的验证，由于受到工业机器人自身机构及机械性的限制，通过UG/CAM模块所设计的进刀轨迹会与实际产生一定的偏差，必须要通过实际加工来对进刀轨迹进行验证，用以避免工业机器人在运作的过程中与叶轮产生碰撞或是关节之间的干涉。除了直接使用工业机器人进行测试外，还可以通过在UG/Motion环境中直接对工业机器人加工进行运动仿真分析以及碰撞和干涉进行检测，提高工业机器人运行动作的监控与分析效率。

利用UG/Motion 的功能能够赋予各个关节一定的运动特性，再在各个关节之间设立一定的驱动关系，建立一个运动仿真模型。由于UG/Motion 可以对机器人进行运动合理分析工作，诸如干涉检测、轨迹包络等，就可以得到相关的运动参数。通过对机器人运动仿真模型进行运动学和动力学运动分析就可以验证加工轨迹的合理性，并且可以利用图形输出各个关节的扭转角、加速度和力的变化，不仅可以对机器人加工实时监控还可以对加工轨迹进行优化。

工业机器人具有6自由度，各自由度的控制需要进行大量的模拟，使用UG/CAM软件对机械加工程序进行模拟后，通过三维模拟可以通过各种约束限制构件之间的相对运动，工业机器人的各关节之间大量采用旋转副进行连接，为减少工业机器人所具有的自由度，可以通过在系统上施加约束，而后在UG/Motion 中将六个关节设置为连杆，添加相应的性能参数。在构建工业机器人模型时，对工业机器人所具有的6个关节之间建立起相关联的旋转副，各机械臂之间以连杆的形式相互连接咬合，在工业机器人中以底部添加底座作为固定运动副，在完成上述约束的规划后工业机器人将在约束的条件下进行运动。通过数控系统与驱动模块来完成对于工业机器人中各驱动轴的运动及精确定位。除了约束外，还需要构建起工业机器人相应的驱动使运动模型，在工业机器人运动的过程中其数控主轴的运动轨迹并不是规律的函数，在构建运动模型的过程中需要结合工业机器人中的6个自由度分别建立以时间为横坐标、旋转角度为纵坐标的运动参数，实现对于工业机器人运动轨迹的控制。

数控技术在智能制造中的应用除了在工业机器人方面的应用外，在高精度机床上也有着广泛的应用。现代高精度机械加工设备在航空、航天等领域中都有着广泛的应用。尤其是以五轴加工中心为代表的高精度数控加工中心能够完成复杂曲面的高精度零部件。高精度的数控控制系统能够使得各运动轴能够以高速完成相关零部件的加工，尤其是以超高转速进行零部件表面的切削加工，不但能够有效的提升机械加工的效率同时也能够有效的提升所完成的机械零部件表面的加工质量。随着信息技术、自动控制技术以及微电子技术的发展与应用，数控技术的性能也在不断提升，集成化程度越来越高，尤其是以西門子、海德汉、Fanuc数控系统为代表的大公司所构建的通用控制系统，通过实现模块、电机以及控制系统的标准化，使得数控技术在各领域中都有着广泛的应用。通过数控技术的发展与应用，将发展出更加先进、高效的机械加工设备，通过将这些设备应用于机械加工中将能够确保机械加工获得更加高效的加工效率和更高的加工精度。同时在数控技术的发展中，通过构建DNC控制局域网完成车间内的联网控制将能够使得机械加工设备的管理更加高效，机械加工设备与上位机之间的信息交互更加便捷。

3 结束语

数控技术是现代工业机械加工的重要基础，应当积极做好数控技术在工业机械制造领域中的发展与应用。现代机械加工设备的自动化和智能化程度越来越高，且机电一体化数控的应用也越来越广泛，以工业机器人为代表的智能制造技术具有多轴、离线编程等的特点在未来的发展中将会具有巨大的发展前景。通过将数控技术与工业机器人相结合，借助于工业机器人灵活、空间运动特性强等的特点将能够极大的简化复杂型面零部件的机械加工，在提高机械零部件加工效率的同时保证机械加工的质量。

参考文献：

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