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机器人打磨与涂附磨具应用——访机器人打磨专家张志军

来源:《中国涂附磨具》

时间:2022-05-10

涂附磨具 机器人

摘要:随着全球制造业的全面升级,磨削加工手段也在快速地从手工打磨进入机械打磨、自动打磨以及智能磨削阶段,机器换人成为不可逆转的潮流。


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随着全球制造业的全面升级,磨削加工手段也在快速地从手工打磨进入机械打磨、自动打磨以及智能磨削阶段,机器换人成为不可逆转的潮流。


涂附磨具是最重要的磨削加工工具之一。打磨机器人的广泛应用为涂附磨具行业带来了哪些实质性的影响?涂附磨具行业应当如何适应这一潮流,改变自己,创新发展,助力中国制造业的转型升级?带着这些问题,本刊记者电话采访了国内机械人打磨专家张志军。


张志军,毕业于北京理工大学机械工程与自动化学院,2005 年加入 3M 中国研磨产品部,从事 10 多年磨料磨具的应用开发,参与组建了机器人打磨实验室,为 3M 中国研发中心资深工程师。2018 年加入 ATI 工业自动化有限公司,任 ATI 中国材料去除自动化事业部经理。他曾经先后两次参加《中国涂附磨具国际论坛》,精深的专业素养和对涂附磨具的深刻理解,给行业同仁留下了深刻的印象,也为行业同仁了解认识智能磨削技术带来了很多启发。

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记者 :智能磨削与工业机器人打磨技术在国内的普及与应用程度大致是什么样的?


张总 :打磨机器人是从事打磨的工业机器人,智能化代替人工打磨,提高工作效率以及保证产品优品率。现在越来越多的机器人打磨中,机器人打磨一般从事的是棱角去毛刺、焊缝打磨、内腔内孔去毛刺等工作。主要分为四大领域 :一是铸造之后的打磨。如水龙头等五金件表面砂光 ;二是机加工的打磨,主要是去毛刺较多 ;三是焊接后的打磨 ;四是其它的打磨,即切割之后的毛刺打磨、冲压之后的其它工艺,包括激光切割、等离子切割及一些塑料件等。


在这四大领域中,铸造行业比如水龙头的打磨加工是最为典型的,其头部企业比如美国科勒、厦门九牧等,每家均拥有数百台机器人,用砂带打磨的自动化程度比较高。而机器人打磨用最多的是电子行业,如手机壳、笔记本等,它们的量大、产品周期快,90% 以上是通过机器人使用砂纸或海绵砂进行打磨。应当说,在这两个域里机器人打磨比较普及。


在其他领域的应用,如压铸行业去飞边、去毛刺等,我个人感觉并不是很多,大约只有 20%,80% 仍是人工打磨。而在机加工行业,随着整体的自动化进步,包括整个产线都在实现自动化,采取机床上下料,过去人工打磨去毛刺现在变成了机器人去毛刺。这一块儿的技术相对比较成熟,难度没那么高,因为机加工件已经用机床加工过,尺寸定位比较准确,再用机器人去毛刺比较方便,越来越多机加工行业后处理也在用机器人去打磨、去毛刺,相比压铸行业应用要高一些,大约 30%。在焊接领域,由于有一些难以突破的技术难点,机器人打磨的普及率相对低一些,目前还不到 10%。不过尽管眼下普及率并不算高,但客观上市场需求还挺多,有些企业已经开始询价,在为今后做方案、做准备了。所以从长远来看,这个领域也将逐步实现机器人打磨。

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记者 :机器人打磨是一个大概念,具体到不同的工业领域、不同的磨削对象,它涉及到的技术复杂性与技术路径各不相同,所应用的解决方案也是不同的,那么涂附磨具最适应哪些领域?


张总 :从现有的实践看,涂附磨具现在适应于什么领域,将来还适应于什么领域,跟上机器人、上自动化没有什么关系。原来用涂附磨具,现在还是用涂附磨具,原来用金刚石砂轮,现在还是用金刚石砂轮。在我看来,绝大多数的自动化工作只是说是用一个机械臂将人的手臂解放出来,磨料形式和打磨形式并没有变,从这个角度讲,磨料的格局该是什么样,还是什么样,每个领域都在实现自己的自动化。


记者 :就磨削寿命来讲,在一些磨削应用领域,普通磨料砂带是否将逐步会被超硬材料砂带所取代?


张总 :在我看来,人们对金刚石砂带的追求在于它的寿命长、打磨得更快一些,对自动化本身来说,它偏好这个,希望更换产品的次数更少一些。不管是否使用机器人打磨,金刚石都会有它的优势,如果放在自动化设备上,金刚石砂带的优势会更放大,设备的产出率会大大提高,得到更高的推广。所以,自动化设备更偏好寿命长的一些磨料产品。但是,金刚石柔性相对差一些,在初磨削的时候,超硬材料产品有自己的优势,但如果让金刚石砂带打磨水龙头,不见得有它的优势。所以,在某些领域还是替代不了的。


记者 :在自动化、智能化磨削的背景下,新兴磨料比如堆积磨料、陶瓷磨料、团聚磨料这类产品是否更受欢迎?


张总 :它们的优势确实是被自动化设备更喜欢,包括可以产生更大的压力,超越人,比如陶瓷磨料,压力大它就会表现得更好。有时人工打磨,它不破碎,就感觉不好用。如果机器人可以提供更大的压力,就可以让陶瓷磨料、堆积磨料的自锐性更好一些,能将砂带磨料的性能更好地发挥出来。它们跟金刚石一样,不管有没有自动化,这些磨料在专机上有优势,使用起来比较方便,磨削性能稳定持久性要好一点。就是说,这种堆积磨料寿命长、一致性稳定性好。以前只有靠人来控制的因素,对机器人来说,就更喜欢、更迫切,甚至说是不可或缺的。比如磨削性能稳定持久性,以前用人工打磨,第一个工件可能用 10 秒钟,等打第 20 个工件时,可能都需要 15 秒了。人工打磨时是边打磨边判断,靠经验适时调整。但对机器人打磨就需要在编程时考虑进去。如果砂带磨削性能是稳定的,程序员就会比较喜欢。对机器人来说,也还是更偏好堆积磨料这类的产品。

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记者 :工业机器人打磨突破了传统的磨料磨具打磨方式,可能还包括了金属磨削、激光磨削、水磨等各种工艺技术,涂附磨具的传统应用领域是否会被更多地替代?


张总 :在涂附磨具的传统应用领域,目前绝大部分工艺还是沿用以前的工艺,工人们以前用什么,现在做自动化方案时还是用什么,几乎 90%以上都在沿用以前的工艺。涂附磨具的性能是不可替代的,因为它有弹性、磨削快。比如打磨不锈钢焊缝、抛光和用砂纸打磨油漆等传统涂附磨具的优势,它就是替代不了,即使上自动化也还是要用它。


记者 :智能磨削对涂附磨具最根本的要求就是磨削性能稳定性好、寿命长,国内产品在适应这些智能磨削方面还存在哪些问题,应该怎么去改进?


张总 :在我看来,无法改进,有些技术特性就是那样。只能是自动化厂家想方设法了解磨料特性,设计一些更换装置,想方设法节约更换时间,让换磨削产品的时间在线下进行,让打磨工作站效率更高。有人提出来,我们的砂带能不能用上一天或更换频率更少,这很难做到。现在我们开发金刚石砂带、陶瓷磨料和堆积磨料产品,只能是简单地延长磨削寿命,但从根本上还是需要更换。如果说我们有自动化更换方案,就对磨料寿命的依赖性没有那么强了。不管怎么说,换磨料可以节约磨削时间,机器人打磨的时间增加,对生产企业来说就是效益。


记者 :实际上磨削产品和磨削机器人是互相的关系。机器代人对于涂附磨具来说,既有压力,也是动力。


张总 :没有危机,反而是机会。并不是说自动化代替磨料磨具,自动化只是代替运动方式,代替人的手臂,它还是需要磨料磨具的支持。只不过现在寄希望于磨料寿命更长、一致性更好,减少它们的更换时间,减少调试程序的复杂度,甚至希望磨料是万能的,一个磨料就可以干很多活,很多打磨工作能不能一步搞定,这从工艺上是无法做到的。所以,自动化企业要解决的问题,是实现更换更方便 ;涂附磨具需要改进,需要不断创新,但是仍旧有它的生命力。


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记者 :在自动打磨、智能磨削方面,国内外相比是一种什么情况?


张总 :现在打磨跟其他行业一样,国外有的大部分东西,我们国内都有,国内好多企业也都在做,除了个别顶尖的没有外,大部分国外应用场景在国内都有了,而且在这方面中国也许比国外都发达,比如电子领域的打磨、手机壳的打磨,国外都没有这个产业,苹果的产业链都在中国,这一点中国是独一无二,处于领先地位的。


记者 :适应未来工业机器人打磨发展方向智能磨具需要哪些涂附磨具新产品?


张总 :我对未来新产品的渴望不报有希望,说白了,这方面的技术没有太多革命性的发展,我只希望它能够被机器人更好地抓起来。至于说磨料有什么革命性的进步和发展,这也不是自动化行业所能决定的事情或是它能提出的问题。


记者 :依您的看法,智能磨削就是替代人工,有人工的地方就可以用机器人,也无所谓高端应用和低端应用之分,可以这样理解吗?


张总 :对,磨削嘛,智能磨削是解放手工劳动力的,手工用什么,机器人还是用什么,磨削的本质没有变,只不过是把人给省出来了,并没有高端和低端之分。


本文来源:《中国涂附磨具》2022年第一期


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