机械制造中智能机器人数控技术的运用

邱彩云

摘要： 机械制作行业运行管理过程中，以人工方式进行数控技术操作，难免会出现错误操作或操作失误的现象，一旦出现这样的问题便会造成严重的经济损失，而应用智能机器人数控技术，可以有效避免在数控操作中出现问题，可以有效提高数控操作的精准性与规范性，打破人工操作的束缚与限制。因此，有必要探究如何在机械制造中应用机器人数控技术。

Abstract： In the process of operation and management of mechanical manufacturing industry， it is difficult to buy CNC technology operation manually， and there will be wrong operation or misoperation. Once such a problem occurs， it will cause serious economic losses. The application of intelligent robot CNC technology can effectively avoid problems in CNC operation， it can effectively improve the accuracy and standardization of NC operation and break the constraints and restrictions of manual operation. Therefore， it is necessary to explore how to apply robot numerical control technology in mechanical manufacturing.

關键词： 机械制造;智能机器人;数控技术

Key words： mechanical manufacturing;intelligent robot;numerical control technology

中图分类号：TP242.6                                      文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）24-0197-03

1  基本理念

智能机器人是现代科学技术高速发展下的产物，在越来越多的领域都发挥了作用，尤其是在机械制造领域的应用，智能机器人展现了其无法替代的优点，在提高生产效率、增加产能、节约人工成本上都有显著的优势。因此智能机器人技术的应用为机械制造领域提供了技术支持与发展方向，无论是在技术升级与制造方式，还是节约成本与提高效率，只能机器人技术都为机械制造领域提供了大力的支持。

2  特点与优势

2.1 智能机器人数控技术自动化特点

此项技术的特点是以先进的智能技术取代人工作业。其拥有以下几个显著特点：第一，效率高，智能机器人数控技术的应用代替了传统的人工操作，使生产速度大大提升，进而提高生产效率。第二，成本低，由于代替了人工，使得人工人本大大降低，而且机器人数控技术由于标准高，也可以在节省原料成本。第三，标准化程度高，相较于传统的人工操作，机器人数控技术可以更好的规避错误，这是人工操作不可比拟的。虽然机器人数控技术有以上的优点，但是受工艺技术与生产要求的影响，尚不能完全没替代人工操作，在一些特殊的生产环节，需要人工进行配合，但是其优势也表明了不可替代性，为新时代机械制造指明了发展方向。

2.2 智能机器人数控技术集成化特点

智能化操作系统是智能机器人工作的灵魂，是智能机器人工作的大脑，以信息集成化技术完成对系统的控制，整个操作平台又分为多个组成部分，多核心的工作方式在加快生产速度，提高生产效率上有极大的优势。伴随着科学技术的发展，智能机器人技术也越来越成熟，智能机器人数控技术在机械制造业的应用也得以大范围实现，为机械制造业的数字化、技术化奠定了基础。

2.3 智能机器人数控技术精细化特点

技术的成熟自然带动了机械制造业的标准的提升，相比以往，目前对产品的技术与标准的要求也越来越高。智能机器人数控技术具有自动化的特点，避免了因人工操作所带来的不可避免的误差与失误，因此提高了产业的标准，也使机械制造业向精细化发展。比如精密仪器或者高精度零件的生产，智能机器人数控技术精细化的特点提现的尤为明显，大大提升了产品的精细度与质量，推动了我国机械制造业的前进脚步。

2.4 技术应用优势

第一，具备灵活性，智能机器人遵循设定的程序指令，并且能够识别出数控设备的参数动态，做出灵活的应对，从而实现精确的生产作业操作，保证产品的规格与尺寸与预期完全一致，误差可以小到忽略不计。第二，具体运行程序较为复杂，智能机器人数控技术中加入了人工智能技术，可以对人类的智能行为进行模拟，具备逻辑思维能力，在这样的情况下能够解放劳动力。经常被用于操作完成一些风险性较高的机械制造工作。

3  当前发展情况

随着我国社会生产水平与经济效益的持续发展，产业需求也在不断增加。由于当前机器人市场前景明朗，从市场情况分析来看，智能机器人数控技术发展较快，掌握生产研发的核心技术，逐渐摆脱对外国技术的依赖是重要发展方向，当前我国具有独立产业产权的智能机器人的数量并不多，我国在数控技术方面依旧落后于西方发达国家，为此要不断努力，超越提升智能机器人的数控技术水平[1]。

4  机械制造中智能机器人数控技术的应用领域

4.1 煤矿机械领域

煤矿资源是工业发展的重要基础，常被人们誉为工业的粮食，煤炭资源对日常民用与工业生产都发挥了重要的支持作用。在我国社会高速发展的背景下，城市化与现代化进程不断深入，各项事业发展对煤炭资源的需求都在不断增加，因此对煤炭开采工作提出了新的要求。地下深层空间是煤炭资源埋藏的主要空间，人们在进行煤炭资源开采作业时要充分掌握具体的实地情况，通过研究分析，选择具有针对性的设备进行开采作业，以此保证开采作业效率。而将智能机器人数控技术应用到煤矿开采作业中，能够有效提升采矿及的性能，有效提升切割效率，从而使煤矿开采效率达到预期目标。传统的采矿机通常是应用焊接技术制造生产的，需要较长时间才能完成设备色生产，并且生产规模难以扩大，而应用智能机器人数控技术能能够有效提升机械设备的生产制造效率，提升设备的生产产量，保证设备安全运行。

4.2 电气控制领域

在电气自动化工业生产过程中，自动控制是最为核心的技术，当前工业企业最常应用哦的自动控制方式有PLC控制、单片机控制、现场总线控制，在工业生产作业过程中，单一应用这些技术，能够根据预先设定的工业流程进行自动控制，虽然能够对作业时的过程信息与结果信息做出反馈，但无法直接读取出现场的数据，进行数据分析，一旦在进行过程中的某一环节出现故障问题，不能做出预警反馈或做出问题诊断。若在自控制应用的前提下，将人工智能技术融入其中，原有的控制器起到对关节节点数据控制的重要设施，然后再经过人工智能技术下的计算机智能计算、智能感知与智能认知，能够实现智能化综合运行的控制目标。当前人工智能技术已经被逐渐应用到电气控制领域中，在大数据智能分析平台与分布式智能化产品的应用下，在电气控制领域发挥了重要的作用，在不久的将来势必会建成未来智能工厂。

4.3 应用在故障诊断中

电气设备自动运行体系本身较为复杂，其中涵盖了众多操作环节，且各环节之间环环相扣关系紧密，人工设备维护工作与当前的维护需求不相匹配，此时设备容易发生故障，各环节容易出现问题，容易对产品生产产生一定的影响，容易发生安全故障，对经济成本有一定的威胁。为有效解决这一问题，可以应用人工智能技术，将智能仪表安装在容易发生故障问题的设备上，一旦设备出现发生故障的迹象，便发出故障预警提升，确保设备能够安全运行。也可以让智能计算机系统针对已经发生故障的设备应用专家系统、模糊理论完成复杂的算法与操作，通过对故障的分析，准确的判断出故障发生的具体位置及造成故障发生的原因，在效率上要远远领先与人工操作，能够及时有效的解决问题，确保整个工作过程能够准确高效进行，从而提升电气系统的安全性与稳定性，保证电气系统的运行效率。可见，在人工智能技术的支持下，能够极大程度的保障电气设备运行安全。

4.4 汽车工业

近年来民众生活水平的不断提升，人們对汽车需求也在不断提高，汽车成为了人们日常出行必不可少的交通工具。但在传统制造技术下难以生产出精准性高、性能较强的产品。当前世界汽车制造技术领先的国家在汽车制造生产中都应用了数控技术，并技术成熟水平也在不断提升，通过数控技术对汽车部件工艺进行不断改进，从而大幅度提升汽车生产速度与效率。为了妥善解决我国汽车生产作业中存在的问题，要积极引进先进的数控技术，并根据自身情况进行自主探究与研发，从而促进汽车工业生产更加优化，制造出精准度更高，可靠性更强，在发生故障时能够自动发出警报。

4.5 交互型智能机器人规划轨迹

对机械设备来说，有些机械零件抛光十分重要，是关键的技术节点。但从实际的抛光过程来看，很大几率发生由于人为因素造成的抛光零件损坏的情况，而应用智能机器人，能够大幅度降低零件出现损坏情况的可能性。这里应用到的是交互型机器人是可以在计算机系统的支持下与人进行对话的，对机器人做出动作指令，虽然在处理、决策、一些改价规划等方面具有功能性，但依旧需要外部的操作控制。对机械加工过程来说，智能机器人运动轨迹的轨迹能够对零件形状与精准度产生重要影响。例如，一些机械加工工厂，应用智能机器人进行自动抛光操作，相关程序设计人员会将把自动抛光系统以及CAM软件模块作为基础，应用了UGCAM软件内的多轴铣加工扫描功能，对型腔整体进行扫描通过这样的方式掌握表面信息，并利用辅助区域映射构建产生繁杂的腔表面数控加工轨迹，作业人员仅需对参数合理调整，将多轴数控将轨迹面向智能机器人对应的抛光加工轨迹并进行转变，实现对零件的抛光处理。

5  机器人数控技术在机械制造行业中的应用对策

5.1 零件加工

传感型智能机器人的宏程序在零部件加工中合理应用是智能机器人数控技术的重要判断依据，在进行工业机械制造的过程中，机械设备的重要性不言而喻。在环境恶劣时，无法以人工操作的方式进行作业，同样难以满足加工需求，因此智能机器人数控技术的应用可以保证达到一定的智能化加工水平。其中，外部数控机器人是传感型智能机器人，通过外部计算机严格的操作控制顺利完成工作任务，最终呈现出控制过程与结果对传感信息，进行相应的处理操作。例如，在制作某一零件过程中，需要针对圆弧进行孔群等分加工操作，将A视为起始角度，然后以B作为间隔角度进行钻孔操作，保证钻孔的深度控制为Z，需要钻孔的数量为H，O为零件的圆心，进行圆弧等分孔宏程序作业加工。在进行加工的过程中，采用智能机器人数控技术进行宏程序完成参数加工，设定语句为XYZRFIABH、Pxxxx、G65，其中宏程序的程序好为xxxx。圆的中心坐标为Y、X，继而分别代表增量角度、其实钻孔角度、原半径、切削进行的数度、钻孔的固定循环点坐标、钻孔深度与数目孔。此零件的图心组坐标为（100，50），圆的半径为100。在针对此零件进行数控加工的过程中，需要调用H8、B45、A15、100、I、500、F、R30、Z-50、50、Y、X100、Pxxxx、G65，如此一来能够实现同类零件数控加工

（图1）[2]。

5.2 规划轨迹

在进行机械制造的过程中，抛光是加工工作的重要环节，对零部件的精确度有重要的影响，但在传统机械加工过程中采用的零部件抛光方式主要依靠人工操作，容易出现失误，零部件也十分容易损坏，进而造成成本提高。科学合理的应用智能机器人数控技术，以固定程序抛光处理的方式为基础，能够在很大程度上保证抛光处理的精准性，同时能够避免零部件损坏。例如：在机械制造过程中，应用智能机器人数控技术，在自动化抛光程序的运行下，相关工作人员可以以相关软件与自动抛光系统为载体，进行不同软件的轴铣加工，扫描应用对整个过程进行扫描并获取相关的数据信息，利用辅助范围映射功能自动生成复杂的表层数控加工运动轨迹，相关工作人员科学合理的对智能机器人的操作步骤进行调整，将多轴数控加工轨迹改变成智能机器人抛光轨迹，以此提升零部件抛光的精准性[3]。

5.3 离线编程

自主型机器人的特点是具备较强的自主性与适应性，自主性是指在不依赖任何外界控制的情况下，能够在既定环境中发挥出自主能力，完成相关任务。适应性是指认能够第一时间识别出周围所处的环境，并根据环境的变化对自身参数进行调节，通过这样的方式有效应对突发情况。在进行机械加工的过程中，适用范围也在持续扩大，在工作复杂程度不断加大的基础上，逐渐取代了传统的数控机床加工。例如在实践应用过程中，只能机器人通过辅助弯曲金属板，以离线编程为基础，采用CAD仿真技术，以单元化的方式设计智能机器人。此外，要充分发挥出智能机器人的仿真加工作用，對智能机器人的削加式圆形系统与相应的处理系统为建立基础，通过这样的方式完成对2D与3D零件的加工，以此达到预期的成效[4]。

5.4 刚度优化

刚度是工业机器人加工过程中非常重要的一项优化特征，新时代背景下，机器人逐渐替代了传统机械加工设备，但在生产时依旧与刚度及精度等较高标准的要求存在一定的差距，因此需要对机器人机械加工刚度性能进行及时优化，以传统钢度映射模型为基础，利用辨别实验的方式获得机器人关节高度，同时要适当限制机器人关节角度与加工位置，应用遗传算法对机器人姿态进行调整与优化。此外，建立具备可靠性与稳定性的刚度数学模型，明确刚度的具体参数，最后对零部件加工进行时时优化与调整，建立机器人刚度模型，实时检测零部件相关数据信息，确定机器人的最佳工作区域[5]。

6  智能制造的发展趋势

在机电一体化技术与智能控制技术高速发展的背景下，智能制造水平将逐渐提升，未来智能制造发展趋势将体现在以下几个方面。

6.1 人工智能

从当前智能制造情况来看，近年来人工智能技术的应用范围不断扩展与延伸，我国人工智能市场规模也呈逐年上升趋势，如图2我国人工智能市场规模统计。很多技术与设备并为完全实现代替人的作用，智能制造发展的终极目标是实现应用计算机技术模拟人工作业操作，对人类智力的模仿，从而真正的替代人类操作活动。其中最具代表性的人工智能技术是人工神经网络、专家系统等。

6.2 人机一体化

未来制造业发展将逐渐趋混合智能方向。人机一体化智能系统是未来重要的发展方向，与完全人工智能相比更容易在短时间内实现。在人际一体化系统中，人依旧处于核心位置，而智能机器能够对人起到更好的辅助作用，更好的激发出人的潜能，以此构建人与智能机器关系协调、相互促进的发展局面，各自发挥各自的优势与特长。

6.3 超柔性

在未来制造制造发展中，能够根据具体的工作任务自由组成智能制造系统，这种自行组合的结构是最理想的状态，能够在结构形式上展现出柔性。这种在运行方式与结构形式上表现出来的柔性被称作超柔性。使得制造系统具备了与生物性接近的特点，图三为我国对制造技术突破做出的发展规划。

7  结束语

综上所述，将智能机器人数控技术应用到机械制造行业中，对我国工业行业发展有深远的影响与重要的意义，能够促进我国机械制造加工质量与效率显著提升。在机械制造领域中，广泛应用传感型智能机器人与自主型智能机器人等数控设备，便于更加全面的了解智能机器人数控技术在机械制造中的优势，尤其是面对复杂的情况并且对精准度要求较高的机械零部件，智能机器人数控技术的特点与优势则更为突出。

参考文献：

[1]于宗善.智能机器人数控技术在机械制造中的应用初探[J].现代制造技术与装备，2020（01）：206，211.

[2]高山，苏宇萌.智能机器人数控技术在机械制造中的应用[J].数字技术与应用，2019（7）.

[3]田俊飞.试论智能机器人数控技术在机械制造行业中的应用[J].中外企业家，2020（17）：149.