2.2.2 工业机器人磨抛的特点

1.工业机器人相比数控机床所占的优势

（1）工作空间较大。工业机器人占地空间相对较小而能达到的空间较大，六自由度工业机器人在一定的空间内能达到任意的姿态，有利于采用最适合的姿态进行加工。若在机器人底座下加装导轨或履带，更能大幅增加机器人的工作空间。

（2）加工对象范围广，加工柔性升级空间大。面向不同的加工对象时，工业机器人可以十分方便地更改不同的程序或工具。设计加工方案时，可以根据对象的不同选择将加工工具安装在机器人末端，也可以选择夹持工件而将加工工具固定。

（3）成本相对较低，因此，工业机器人应用于磨抛领域是一大趋势。但是，要将工业机器人成功应用于磨抛领域还需解决不少难题。由于磨抛过程本质上的动态受力特性导致磨抛过程中存在时变的力及扰动，导致机器人很难保证运动的高精度。工业机器人磨抛现场如图2-9所示。机器人自身存在的柔性及较低的重复定位精度也会产生磨抛的误差。

图2-9 工业机器人磨抛现场

2.工业机器人磨抛的难点和关键问题

（1）工业机器人本体刚性不足。工业机器人平均刚度不足 lN/μm，远小于数控机床，数控机床的刚度一般可达 50N/μm 以上。并且，机器人的整体刚度与机器人所处的位姿密切相关，各个方向的刚度也不相同。

（2）工业机器人运动精度较低。由于机器人减速器中的齿轮间隙、关节之间的摩擦力及运动的耦合性等因素影响，工业机器人重复定位精度一般为0.02～0.08mm，只能满足中低精度运动的要求。

（3）振动分析及控制的稳定性。工业机器人的自然频率一般为10～20Hz，磨抛过程中工具与工件的反复作用是否会引起共振必须进行分析。因此，必须保证工艺系统的稳定性，避免振动主要是选择合适的磨抛加工参数与条件。

3.工业机器人磨抛的应用现状

随着机器人技术的逐渐成熟，机器人的应用领域也变得越来越广。在制造业精加工领域应用的机器人也被开发出来，各个国家都相继研发出了自动磨抛机器人，其中比较有代表性的磨抛机器人有以下几种。日本Fusaomi Nagata自主研制的自动化磨抛机器系统，该磨抛系统的磨抛对象主要是塑料模具，并在此系统的基础上又开发了一款混合控制的磨抛系统；韩国首尔一家研究所也自主研制了一款五轴自由度磨抛机器人，这款机器人主要是针对磨抛机器人的末端执行器的控制研究；澳大利亚墨尔本大学也相继推出应用于模具磨抛领域的机器人控制终端执行器，对抛光对象、夹具、抛光工具方面做了大量的试验。在之前研究的基础上，西班牙马德里大学自主研发出高灵活性的六轴自由度机器人磨抛系统，在磨抛工艺流程方面进行了大量的数学建模研究，从而进一步了解机器人的磨抛特性问题。

瑞典、韩国、美国等许多国家很早就重视制造业领域的磨抛机器人控制系统关键技术研究，它们先后投入了大量的资金，科学家也研制出许多相关的自动化控制系统和磨抛设备。随着各国对抛光设备的逐渐重视，各国之间的合作也密切起来。伦敦光学实验室与ZeeKoo公司强强联合，首次合作就开发出能够适应多种工件材料的磨抛加工机床IRP200。随着技术的逐渐成熟，IRP200磨抛加工机床也出现了自己的加强版IRP600磨抛加工机床，它主要是针对抛光接触区域直径小于1mm的区域，可以实现抛光模具内腔凹凸面的边角。在国际机器人市场上，瑞士ABB公司生产的机器人市场应用领域最为广泛，主要应用方面包括磨抛、抛光、机械加工等机器人的集成应用。

对于磨抛工业机器人系统控制技术的研究，各国也存在明显差距。日本在磨抛工业机器人生产和投入使用数量上占据优势。美国在磨抛工业机器人控制技术创新研究处于世界领先地位，不仅在制造业中投入使用，还广泛应用于军事上。目前在磨抛工业机器人系统研究上，美国占据世界领导地位，工业机器人的发展水平处在世界上研究技术的最前沿。

目前，机器人在制造行业发挥着越来越重要的作用，尤其在磨抛基础工序上。从全球工业机器人使用数量看亚洲，中国是亚洲使用工业机器人的第一大国。但我国工业机器人的应用水平尚相对较低，而机器人磨抛的技术实施是市场最大痛点，国内几乎没有哪家机器人公司能为客户提供能够真正实现连续磨抛生产的设备，磨抛的质量也难以达到要求。统计数据显示，中国磨抛机器人企业前三名集中省份分别是广东、上海和浙江，占比分别为25.6%、20.1%和10.6%，三者合计占比达到66.7%。2017年，中国磨抛机器人企业区域分布情况如图2-10所示。

磨抛机器人的市场需求量逐年增长，大部分还是以国外品牌为主。根据权威机构调查结果，目前市场青睐的是能代替传统磨抛的机器人。市场对磨抛机器人需求调查见表2-4。

图2-10 2017年中国磨抛机器人企业区域分布情况

表2-4 市场对磨抛机器人需求调查

4.工业机器人磨抛的应用前景

近几年来，随着“工业4.0”的提出，中国制造业也提出了“智能制造2025”，国家对自动化的程度要求越来越高，所以机器人应用到工业上代替人工或者数控机床变得越来越频繁。机器人技术随着科学的进步也得到了更进一步的发展，能够为基于互感器模具的磨抛机器人加工领域的应用提供最基本的理论支持、技术支持和试验经验支持。当今世界，工业机器人的应用领域越来越广泛，在模具磨抛加工领域的研究与应用已经逐渐成为制造业模具加工发展的一大趋势。机器人的机械关节手臂灵活，使它能够像人一样在空间平面上自由灵活地完成磨抛工作。机器人通过自身超强的自学习能力，通过对磨抛工人的磨抛动作观察分析就能够模拟相应的磨抛动作，从而达到机器人替代人工的目的，它也能够从抛光过程中提取出重要磨抛过程参数，比如抛光压力、抛光速度、抛光相对间距等。机器人、磨抛机、夹具、可移动工作台，几者有机结合在一起，可以很好地完成模具的磨抛。与人工磨抛相比，机器人磨抛的优势非常大，所以模具的机器人磨抛关键技术的研究具有非常重要的价值。

目前机器人磨抛行业技术水平仍处于初始发展阶段，开发并推广智能机器人磨抛技术，不仅可以解决目前打磨行业人力成本提升的问题，同时有利于提高企业的打磨环节生产效率，降低工人工作强度，提升企业制造能力和水平，促进全社会的磨抛产业升级。同时对产业链上游的传感器和机器人主机等相关行业也起到了巨大的促进和拉动作用，从而形成机器人行业应用新的增长点，带动企业产品技术向高精度、高稳定性方向迈进。与此同时机器人自动化磨抛技术也将助力终端用户，为航空航天、国防、交通、船舶、重工机械等多个重大行业领域提升自身产品品质、生产效率，实现智能制造，柔性制造推波助澜。