金属加工自动化是提高生产效率、节约人力、减少人为因素影响、满足批量生产需要的重要手段之一。自动化的加工机床不仅生产产品，还可以实现自我管理，如FMS。硬件方面涉及多轴设计、数控转台、自动化刀库、自动装卡；软件方面涉及智能化系统。随着自动化的推进，最根本的变革即对机器人的使用。

如汽车领域机器人自动搬运系统：汽车箱体类、壳体类、轴类零件往往形状复杂、加工工序繁杂，并且不好搬运，而且目前很多汽车零部件制造厂商为了提高加工精度和总体效率，都采用工序集中的数控加工中心来完成加工。对工件在工作台上的定位精度要求极高，所以为了将人为干扰因素最小化，保持上料的一致性，采用工业机器人作为替代。工业机器人重复定位精度高、可靠性高，能够大幅提高生产效率和质量。而且柔性高，投资较小。

工业机器人在汽车零部件生产中的应用

黄建文 宁夏小巨人机床有限公司总工程师

汽车零部件大批量生产方式降低了汽车的生产成本，降低了人们的购买门槛，加快了汽车的普及，汽车的普及又反过来促进了汽车零件部生产成本的进一步降低。目前，具备品种柔性和时间柔性的由数控机床组成的柔性线占据了汽车零部件生产的主导地位。

质量和成本中的一个共同的关键因素就是人，操作工人的技术水平和人力成本就成为质量和成本的关键。工人的技术水平有高有低，同一个工人的情绪也有起伏不定，这些因素必然导致传递到工人所加工的产品质量上。随着劳动力成本的不断攀升，而且越来越多的年轻人不愿意从事这种单调乏味的人工上下料工作，由此也导致了汽车零部件生产方式的改变，以适应现在新的发展趋势，这就是复合化和自动化加工在汽车零部件生产过程中的应用。

小巨人工厂中，机器人正在对工件进行自动化上下料操作

复合化加工能够有效地减少汽车零部件的加工工序，从而减少了装卡步骤和装卡时间，减少了中间的物流环节，是提高效率和质量减少用工的手段之一。

传统的加工方式需要人工进行上下料的作业，在大批量的生产中，工人长时间的简单重复性的工作势必会造成人情绪上的波动，而这种波动必然会反映在工件的加工效率和零件的加工质量上。因此有必要对这种简单重复性的工作用机器来代替，另外随着劳动法的实施，对工人的工资和劳动保护的要求也越来越高，这也迫使工厂的经营管理人员有了实施自动化的动力。

自动化加工减少了工件的装卡时间，提高了机床的利用率，从而提高了效率。自动化带来的另外一个好处是零件的加工质量不会受员工情绪波动的影响。因此自动化也是提高效率和质量，降低成本的有效手段。

自动化的方式有很多种，其中采用机器人代替人来进行上下料甚至做一些辅助工作以及物料转运的工作是自动化和柔性化最好的方式之一，特别适合于一些比较复杂的零件的加工，因此在汽车零部件加工中的应用也越来越多。

通过采用标准的关节式机器人来进行上下料，甚至还可以为关节式的机器人增加2D或者3D的视觉识别系统，对工件的形状、位置和姿态进行识别和判断，并根据识别结果调整动作的位置，进行自动上下料。如果工件包括两三个工序，就可以将这几个工序放在一起由一个机器人进行上下料作业，组成一个完整的自动化的生产单元；如果工件的加工节拍较长，还可以为机器人铺设轨道，机器人在轨道上运行，让一台机器人为更多的机床服务，从而节省自动化的成本。

比较复杂零件的加工往往包含多个加工工序，甚至包括了一些检测、清洗、去毛刺以及压装等辅助工序，可以将这些工序放在一起通过机器人系统连接起来，组成一个自动化的生产线。自动加工单元和自动生产线必须要有自动检测装置，自动检测装置通过全部检测或者抽检及时监控关键尺寸，当尺寸发生变化时及时反馈到控制系统进行补偿，发现不合格的产品及时推入专门的废件箱，从而保证长时间无人化加工时零件的加工质量。

比如在轴类零件的生产中，小巨人公司为客户设计制造了专门的自动化生产单元，该单元由有两台数控车床、机器人、机外工件检测装置、垛料机和工件托盘组成，工件存放在垛料机的托盘上，为了避免工件的磕碰划伤，垛料机的托盘上有专门的定位装置，当一个托盘的工件加工完成后，由垛料机进行托盘的交换。工件的加工共有两个工序，由两台数控车床分别进行加工，加工完成后有机外检测装置对工件进行检测，检测的结果反馈到机床进行补偿，合格的工件放回垛料机上的托盘上，垛料机上可以放置多个托盘，所有的工件装卸和取放以及检测的动作都是由机器人来完成的。因此，这个自动加工单元可以实现长时间的无人化加工。

通过机器人来代替人在生产线上操作和装卸工件，把人从单调乏味的工作中解脱出来，去从事更加有创意的工作中去，必将会成为今后发展的方向和汽车零部件生产的主流方式。

用于自动装/卸载的移动式机器人平台

Detlef Mlynek

针对机床设备的装载和卸载，人们研发出了一种移动式机器人平台。通过这种机器人平台，人们可以对加工中的任何变化做出灵活地反应。由此，可以在达到高度灵活性的同时，实现自动化作业。通过采用各种不同的工艺模块，可以根据客户的需求，对装料单元的功能进行扩展。

并非在经历了2009年动荡的经济危机之后，人们才开始关注灵活性和自动化程度并重的问题。不断变化着的全球市场环境，要求人们必须要确保投资的良好的和可持续的成果。而唯有在消除介于灵活性和自动化程度之间的冲突之后，方可成功。

Symacon公司与Zerbster KmB公司一起，共同迎接这种挑战。具体的任务包含了对装料单元的研发、设计、制造、安装和编程。设计人员从一开始就把重点放在最大的灵活性上，因此对加工作业中的可自由选择的效用观点进行了观察。这就是说，装料单元要视加工负荷程度的具体情况而定，灵活地与各种不同的机床设备相配套使用。

在此研发工作的框架内诞生了一种移动式机器人平台RPm。这种机器人平台的基础是一个结实的焊接底座，由此可以通过叉车在最短的时间内把整个装料单元投入到加工过程中去。此外，通过智能化的参照点技术，可以缩短换装时间，同时也降低了机床设备的停机时间。移动式机器人平台在一个只有1.5m×2.5m的面积上集成了众多的技术功能。装料单元的核心部件便是被设置在中心的机器人。与其他技术方案相比，机器人可以提供最大限度的灵活性。直接在工作平台上安装了导向装置，这样，操作人员即可对机器人进行人工推移，从而确保机床的整个工作区域均可被触及。这项功能与两个安全门一起联动，在更换刀具和夹具时，可以实现最佳的空间可接近性。

无论是在原料件的备料上，还是在加工件的搬运上，都可以实现很多的技术方案。各种不同的带式输送机、链式输送机、托盘或抽屉式输送系统均可与装料单元进行配置。此外，通过一个单独的储放点可以把NiO部件或测量部件专门挑拣出来。Symacon公司所研发的移动式机器人平台的功能则远不止单纯的装料作业。为了满足加工方面的复杂要求，越来越需要用到很多辅助性的作业流程，对此有一系列的工艺模块可供采用。在此情况下，结合采用了一种油脂离心机，以便在齿轮磨削结束之后，把附在工件上面的油脂去除掉。同时，测量装置、去毛刺装置、标识系统和图像处理系统等均可在一个流程模块上得以实现。

FANUC M-3iA机器人

上海发那科机器人有限公司

多种创新设计使其成为柔性极高的机器人产品

FANUC是全球最多样化的FA（工厂自动化）、机器人和智能机械的制造商。自1956年成立以来，从单台机器的自动化，到整个生产线自动化的变革，FANUC技术为全球制造业革命做出了重要贡献。目前，FANUC在世界32个国家设有170个以上的销售、服务网点。2008年6月，FANUC成为世界第一个突破20万台机器人的厂家。

其推出的拳头机器人3号M-3iA系列不失为近期的代表作之一，该产品具有很高的柔性，并且非常灵活，可以在空间中实现自由搬运。由于其创新理念贯穿整个设计中，产品一经投入市场，便以其柔性化、智能化、网络化而闻名。

首先，M-3iA/6A的并联六轴机器人结构是发那科独有的，这种设计可以使得这款机器人产品拥有很高的柔性。其在工作中不仅可以随意地变换物品的角度，更适用于整列、装配等多种作业。

FANUC M-3iA的另一创新在于其近似圆柱形的工作空间，直径为1350mm。4轴机器人M-3iA/6S的手腕周速度为4000°/s，6轴机器人M-3iA/6A的旋转轴的速度至少为2000°/s。同时，M-3iA最大负荷为6kg，重复精度可达0.1mm/s。上述数据表明，在如此大的运动范围内，机器人仍然能够灵活自如、精确无比的旋转作业，使其极具吸引力。

其次，作为市场上绝对的创新设计，FANUC M-3iA手腕的电动机固定在杠杆臂上，这增加了第4轴及4至6轴的刚性，同时提高夹持时的精度。

此外，4轴机器人M-3iA/6S还有另一个特征，正如旁边支点轴伸缩式驱动的免责声明所述，这种四轴形式也不适合于多孔状关节，这种多孔状关节设计是FANUC的专利。

当然，M-3iA的先进性还体现在具有超强的“视觉”和“触觉”，其配套使用iRVision视觉系统后，对放在传送带上的工件进行快速识别。并使用VisionTracking视觉跟踪系统进行引导，灵活运用6轴的自由度来抓取并摆放不同角度的工件。在实现高精度和柔性工作的前提下，生产效率和可靠性也明显提高。同时，其良好的在线追踪等功能也能够在搬运过程中很好地适应物料的运行速度，实现对物料良好的搬运。

创新的理念，造就了M-3iA如上的优越性，其广泛地应用也证明了这一点。例如，电子元件的装配，太阳能产业的高速应用。而M-3iA系列机器人的环氧树脂面漆能耐受清洗剂和杂质，也解决了它在制药和食品行业中应用的难题。

用于喷涂型隔声材料的机器人设备

Markus Meier，Daniela Giljohan

30 年来，汽车工业的机器人得到了长足的发展：它从最初成本昂贵的机器人模型发展成为如今用途广泛、性能可靠的高科技机器人。随着每款机器人的开发，机器人的经济效益也逐步得以提高。如今它的投入产出比比以往任何时候都高。因为卡公司不断加大研发力度，库卡机器人不仅是市场上创新能力最强、性能最佳的产品之一，而且是真正的全面专家。无论是焊接、铸造，还是激光加工或卸码垛——库卡机器人完善了从冲压到涂漆和总装的整个生产流程。对于当前汽车工业的各个领域，它无疑是不可或缺的。

最近，在喷涂型隔声材料的处理中，Kuka机器人也起到了不可或缺的作用。不仅节省了生产成本，还会生产流程进行了绿色的优化。

应用于隔声板自动喷涂的机器人生产线

喷涂型隔声材料可以通过一种自动化生产设备进行喷涂，以此可以取代对沥青板和丁基塑料板的费时费力的手工裁剪和固定。这不仅可以提高车身制造的灵活性，同时也可节省费用。通过采用Kuka Systems公司的生产设备，可以在汽车制造业上灵活和高效地使用喷涂型隔声材料（简称SAM）。以往在车身制造中需要将沥青板和丁基塑料板进行裁剪和手工固定，而现在则可以通过一种自动化设备对各种不同的车型进行灵活的整体喷涂和应用。这种自动化设备已经应用于德国多家汽车制造厂。汽车厂因此不仅可以节省生产成本，而且生产流程更加环保。

标准型喷涂设备除了三种可应用于隔声板和部件的操作（如车门和盖板的开启）的Kuka KR 30 L16型工业机器人之外，也包含了一种可以对各种车辆整体区域进行灵活喷涂的KS线性装置。此外，Kuka公司还可提供带有各种不同涂料喷嘴的应用系统、测量和控制及输送技术装备、双容器泵输液设备以及其他与设备相匹配的单个生产设备（如Kuka公司自行研发的环保型喷嘴水槽清洁技术和清洁剂自动排放技术）。所喷涂的丙烯酸材料可以取代迄今为止所使用的沥青板或丁基塑料板，这种新型水基材料不仅更加环保，同时也更加易于加工。

在整个车身制造领域里，喷涂型隔声板材料可以取代迄今为止所使用的沥青板

喷涂型隔声板产品具有如下优点：

●由于可以省去不同造型和不同规格的沥青板，因此备料和物流更加灵活；

●一次性选型生产更加灵活（例如Kombi、Limousine或Cabrio）；

●由于可以省去尤其是在难触及部位的手工作业，因此操作更加舒适；

●也可适用于铝材车身上的作业；

●也可适应于在垂直平面上的喷涂；

●在重量上具有更轻的优势；

●由于喷涂材料用量更少，因此更加节省资源；

●节省成本。

SAM设备的生产节奏时间可以依据用户的需求和具体的技术方案进行单独的匹配。正如参考样机所运行的结果表明，这种设备可以达到三班作业，其生产利用率可以达到98%以上。

带机器人的远程激光加工工艺可以加快生产节奏

Wolfgang Vogl

通过对六轴机器人和3D扫描系统的组合使用，可以实现对复杂工件的飞速激光加工。所内置的控制系统可以实现全部九个轴同步运行并优化生产节奏。

大焦距远程激光加工占据了新的应用领域。结合使用机器人和3D扫描系统，可以实现高效率的加工：机器人沿着整个部件的几何外形连续移动镜面光学装置，与此同时，3D扫描系统对激光光束在所加工的3D轮廓面上进行快速而精确的定位。通过这种飞速加工工艺，加工节奏很快的复杂的焊接和切削任务即可合二为一。

在远程加工过程中，控制系统可以实现机器人、扫描仪和激光器之间的最佳协作

伴随着机器人同步运行系统，Blackbird公司推出了针对机器人辅助远程激光加工的内置式控制技术方案。控制系统拥有所有所需的功能，以便把Scanlab公司的3D扫描系统集成到机器人辅助设备中去。控制系统也负责确保所有九个工作轴的同步运行。

新的生产任务一方面可以借助于与扫描应用技术相匹配的离线模拟系统即机器人操作中心获得虚拟规划并可在生产节奏上得以优化，而在另一方面，控制系统则可以在现实的设备上提供各种舒适的编程和调节功能。操作人员制定并输入新的焊缝外形，同时为焊缝配置相应的调节参数（如焊接速度、功率梯度、振动或散焦等）。各个扫描图形由扫描系统投影到实际的部件上，操作人员可以有选择性地通过机器人操作仪或机器人同步装置的操作界面对图形进行准确定位。

同时，该系统也顾及到了安全和监视功能。专门为远程焊接而开发的激光功率等级在8kW以下的Intelliweld扫描系统可以提供一种集成式的安全技术方案和功能，以对激光和作业流程进行监控。它可以对扫描系统里所有重要的状态参数进行实时观察，例如镜面的位置和速度、供电电压和各个元件的温度等。一种不受软件制约的互锁信号可以显示出设备的错误作业状态。Blackbird控制系统在生产过程中对此类参数进行监控，在危险情况下，它可以确保自动执行紧急停机。此外，所有的流程相关参数可通过一种IO接口被提供给上级控制系统。

EROWA Compact机器人

爱路华机电技术（上海）有限公司

适用于高度自动化加工及柔性化生产

爱路华（EROWA）机器人实现了生产自动化，使无人上班的夜晚和周末转换成实际加工时间，产量也随之成倍提高。与此同时，减少了人为因素造成的品质问题，产品质量也随之得到保证。此次展出的EROWA Compact机器人为EROWA可提供的自动化中高端方案之一，适用于高度自动化加工及柔性化生产。如果客户加工的工件数量很多，但尺寸并不大，如果客户机床周围只有较小空间，如果客户考虑使用同一搬运装置服务于两台机床，那么EROWA Compact机器人将是首选。除此之外，EROWA还将展出其极具代表性的快速定位装卡系统、预调测量系统和工作管理系统软件。

EROWA快速定位装卡系统：享有世界专利的工装定位元件将柔性和刚性完美结合，保证了工件工装的重复定位精度为2μm，从源头上控制累积误差，同时大幅降低机床停机时间，使设备利用率达到最高点。EROWA预调和测量系统：包括2D和3D预调站等，可对工件及电极进行微米级预调及检测。所有工件和电极在机外安装，其偏移值也可在机外测定。这样可预先编入程序，使生产自动化成为可能。

EROWA工作管理系统软件：可有效管理，简捷存取各工件和电极、机床和测量设备的所有生产数据，实现车间生产的信息化管理。

EROWA产品可用于各类机床、模具制造，以及电子、汽车、制表、医疗技术、航空航天及切削工具等领域的产品生产。其优良的性价比使得EROWA得到了众多国际知名厂商的推崇。

ABB FlexWasher助力绿色清洁发动机生产

ABB中国

ABB FlexWasher汽车发动机部件高压水去毛刺清洗系统是一种创新的二合一解决方案。据估算，该系统可节省高达87%的能源及运营成本，其处理洁净度与运行可靠性更是遥遥领先于同类产品。

数年前，ABB为一家全球汽车巨头的北美工厂开发了FlexWasher系统，在降低运营成本、改进生产质量两方面都取得了突破性的成功。

目前已有约60套FlexWasher系统投放于北美、欧洲及中国各地的汽车厂，在降低成本、改进质量方面发挥着重要作用。随着FlexWasher系统从美洲市场逐步走向欧、亚两洲，ABB对原设计加以改进，开发出一站式高柔性解决方案，以满足全球各大汽车厂商的生产运营要求。

ABB程序员Sam Smith正在进行新FlexWasher工作站的出厂试验

FlexWasher是一种将去毛刺和清洗工艺合二为一的机器人自动化系统，利用高压下的普通常温水清除零部件上的毛刺、机油、油脂等生产中积留的异物。传统的零部件清洗工艺需要耗用大量的清洗剂、化学制剂及热水，水加热环节耗能巨大，所产生的污染废水还需经过特殊处理。相反，FlexWasher系统只需消耗少量常温水。该系统采用先进的闭环过滤系统，清洗用水经过滤后循环使用，用水量与能耗量仅为传统工艺的一小部分。此外，FlexWasher系统不需要清洗剂、消泡剂等化学制剂，其创新的二合一设计所占空间也仅为同类产品的一半左右。

多项研究表明，FlexWasher系统的发动机部件去毛刺和清洗的总运营成本较同类产品低87%～93%，而其处理洁净度与运行可靠性却遥遥领先。

FlexWasher系统优异的清洗能力得益于ABB铸造权威型机器人的高精度路径速度和水射流角度，尤其胜任零部件难到达区域的清洗和去毛刺任务，工艺质量恒定如一。

FlexWasher系统占地面积小，设计简单，零部件数量少，有利于提高生产效率，减少维护工作。例如，ABB高压泵的平均修复时间可达12000h，而传统设备所用的高压泵仅为4000h。FlexWasher系统还显著降低了噪声和废气排放，两项指标均达到一流水平。