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如何实现工业机器人与数控机床的集成与应用？
2026-01-05
随着我国装备制造业在市场需求与技术进步的双重驱动下实现转型升级，工业机器人与数控机床的集成应用近年来发展迅速、应用形态不断拓展，这为当前机床智能化的发展趋势注入了新的动力，并必将对推动我国机床与工具行业的转型升级发挥积极作用。
鉴于当前机器人研发及其与机床的集成应用发展现状，相关企业应如何建立有效的组织协调机制，以加强沟通与合作？为实现两产业的深度融合、充分共享资源、优势互补并形成产业发展合力，又应制定哪些技术规范与标准？
机器人产业正迎来发展的黄金时期。如何推动工业机器人产业与机床工具产业的融合发展，以及如何实现工业机器人与数控机床的相互融合应用，已成为现代装备制造业产业升级的重要课题。
机床制造过程中的许多工序主要依赖工人的体力与技能，导致生产效率低下、劳动强度高、熟练工人短缺，且难以保证产品的稳定性和一致性。这促使机床行业日益采用工业机器人与智能制造技术来改造传统工艺流程。过去，价格高昂的进口机器人与生产线主要应用于汽车等少数行业，在机床等装备制造业中的应用比例相对较低，这在很大程度上制约了国内机床行业自动化水平的提升。
1 两大行业的现状
经过“十一五”和“十二五”两个五年规划的十年深耕，我国数控机床产业发展已步入中端规模化产业化、高端小批量生产并重的阶段，整体产业水平基本具备国际竞争力。作为数控机床的核心控制部件，国产数控系统制造商已掌握五轴联动、小线段插补及动态误差补偿等控制技术，并研制出高性能、高功率的伺服驱动装置。自主研发推动了技术创新与进步，培育了工业机器人产业的雏形，有力促进了相关产业发展。
目前，数控系统研发企业、机床整机企业、自动化应用集成商乃至房地产巨头纷纷布局机器人领域，掀起了一股机器人产业投资热潮。然而，令人担忧的是，政策过度引导导致“为优惠政策而圈地”、产业投资过热引发产能过剩，以及缺乏创新驱动的低端同质化竞争，这些因素都可能使机器人产业陷入无序发展。值得深思的是：究竟什么样的企业最适合发展工业机器人？又该如何提升整个机器人产业的整体质量？总体而言，具备数控系统技术积淀并拥有控制系统、伺服电机及伺服控制系统规模化生产能力的企业，将具有一定的优势。日本发那科公司的产业化推广路径便是一个值得学习与借鉴的成功典型案例。
国内多家数控系统企业已相继进军工业机器人领域。其中，率先布局的广州数控自2006年起便着手规划与研发工业机器人产业，至今已走过8个年头。依托在自主控制器、伺服驱动器及伺服电机等产品生产过程中积累的丰富经验，该公司已实现一系列工业机器人的全自主开发，产品负载范围覆盖3至200千克，功能涵盖搬运、机床上下料、焊接、码垛、涂胶、打磨抛光、切割、喷涂、分拣与装配等。
随着劳动力成本上升、技能人才短缺、环保风险高以及作业强度大等突出问题的凸显，工业机器人在生产制造领域的应用已得到广泛认可并持续推广，成为社会关注的焦点。政府借此契机推动产业转型升级，企业也借助这一趋势开展技术改造、转变生产方式、提升运营效率。然而，我国机器人保有量仍显不足，自主品牌尚处于培育阶段，综合竞争力有待提升。那么，机器人产业将朝着何种模式发展？笔者认为，当前亟需推动由机器人整机企业、关键零部件供应商和系统集成商构成的产业链协同发展。
2 机器人与数控机床的集成模式
在数控机床加工应用领域，国产机床上下料机器人与数控机床的集成应用已走在行业前列。从行业应用层次来看，也发生了重大变化：
- 工作岛 ：一对一联动加工、一对多联动加工。
- 柔性制造系统（FMS） ：一种基于网络控制的柔性加工生产线，通过PLC控制平台将多台机器人、多台数控机床及其辅助设备接入工业以太网总线实现联网，并按照生产节拍有序开展自动化生产。
- 数字工坊 ：借助CAD/CAM/CAPP/MES等生产辅助工具、物流技术和传感技术，系统具备生产过程监控、故障在线实时反馈、加工工艺数据管理、刀具信息管理、设备维护数据管理以及产品信息记录等功能，满足无人化加工需求，并实现加工系统的生产计划制定、作业协调、集成与优化运行。
- 智能工厂 借助智能化车间布局与ERP信息管理系统，将最大程度地对传统生产方式带来革命性变革。该信息管理系统的数据库可通过网关与各类外部信息系统实现对接，打通车间与ERP系统之间的数据通道，实时查询车间生产状态，从而实现企业资源的高效配置；同时，依托其短信平台与电子邮件平台，可将设备故障、生产进度等信息实时上报给管理人员。
工业机器人与数控机床融合发展的三种路径
3.1 在加工与制造方面
在机器人参与机床结构件的加工制造以实现自动化，以及专用机床服务于机器人专用减速器的精密加工、从而提升加工工艺质量和批量生产效率等方面，具有巨大的融合发展空间。借助双方企业的战略合作，机器人企业可依托机床制造商的制造与工艺技术能力，实现以下目标：
- 针对机器人本体铸件及减速器结构件，开展联合攻关，形成批量化精密制造技术，提升机器人的批量生产能力与工艺水平，突破可靠性与一致性关键技术，实现高效、稳定、精准的节拍化生产。
- 依托机器人工具、夹具及加工生产线的集成能力，以及各大机床厂广泛的终端客户渠道资源，负责机器人的推广应用工作。
- 研发工业机器人，以满足单台机床及生产线的上下料、工件搬运、刮削、倒角、打磨、焊接与喷涂（粉末喷涂）等自动化、柔性化生产需求。由机床企业与工业机器人企业联合开发，实现整机零部件的自动化加工，推动机床生产制造技术水平的提升。
- 工业机器人机械本体的关键部件，如转台、大臂、箱体、支撑套、小臂和腕部机构等，对尺寸精度与形位公差均提出了极高要求，同时对加工设备、工装夹具及测量工具也提出了严苛的要求。目前，国内的加工装备、装配工艺以及精密检测手段尚难以满足摆线齿轮壳、行星针齿、偏心轴及行星架等机器人减速器关键零部件的结构优化与高精度加工需求。然而，依托国产数控机床与工装设备完成相关加工，将有助于提升我国高端精密机械零部件的设计与加工水平，并推动国产数控装置与国产数控机床的应用与发展。
3.2 在综合应用方面
通过机床上下料机器人实现柔性加工生产线的落地，将是一种便捷而高效的推广方式。目前国内数控机床保有量约为200万台，若由机器人企业牵头推动机床上下料柔性加工生产线的应用，必将释放出巨大的市场需求。同时，这也有助于推动机床制造、机器人及其他机械零部件行业向自动化、数字化、网络化生产模式转型，实现工艺智能化控制与信息化管理，提升生产效率与产品质量，提高工艺管理水平，进而促进装备制造业的整体升级。例如，广州数控已与大连机床、宝鸡机床等机床制造商建立战略合作伙伴关系，共同开展机器人专用加工机床、加工技术应用以及机器人加工自动化柔性生产应用等项目，推动双方在各自产业领域的深度融合与协同应用。
国内机器人与机床工具产业相比，与国际先进水平仍存在差距。尤其是工业机器人产业作为新兴产业，起步较国内机床产业晚。无论是制造工艺水平、控制系统、集成应用经验，还是技术标准的成熟度以及专业人才储备，都制约了当前的发展速度，仍需在探索中不断求进。然而，我们相信，两者的深度融合对于提升我国装备制造业的综合竞争力具有重大意义。
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