探究工業(yè)機器人輔助數(shù)控精密木雕加工中心

佘海

[摘 要] 在研究中以數(shù)控精密目標加工為核心，利用機器人輔助數(shù)控精密木雕加工，提高數(shù)控精密木雕加工的效率，發(fā)揮出工業(yè)機器人的作用，進而符合木雕加工的生產(chǎn)要求，并為相關(guān)研究人員提供一定的借鑒和幫助。

[關(guān) 鍵 詞] 數(shù)控雕刻；木雕；雕刻機；工業(yè)機器人

[中圖分類號] TP242 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2018）01-0181-01

隨著社會經(jīng)濟和科學技術(shù)的不斷發(fā)展，雕刻藝術(shù)備受人們關(guān)注。傳統(tǒng)手工雕刻方式要求工匠具備極高的技術(shù)水平，并伴隨周期長、效率低的劣勢，不利于商品化經(jīng)濟的發(fā)展要求。人們在雕刻藝術(shù)加工中引入數(shù)控技術(shù)，并應(yīng)用工業(yè)機器人進行數(shù)控精密木雕加工的輔助，讓工業(yè)機器人完成較為復雜的雕刻工序，形成集數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、木雕加工于一體的加工生產(chǎn)體系，提高雕刻機的利用率，進而有效提高木雕加工的生產(chǎn)效率和雕刻精度。在這樣的環(huán)境背景下，探究工業(yè)機器人輔助數(shù)控精密木雕加工中心具有非常重要的現(xiàn)實意義。

一、工業(yè)機器人輔助數(shù)控精密木雕加工系統(tǒng)設(shè)計

工業(yè)機器人輔助數(shù)控精密木雕加工系統(tǒng)主要將工業(yè)機器人、數(shù)控雕刻、木雕工藝、雕刻機等多種元素融合在一起，構(gòu)建集雕刻設(shè)計、數(shù)據(jù)采集處理、木雕交工于一體的木雕加工生產(chǎn)流程，擺脫傳統(tǒng)手工加工方式的弊端，提高木雕加工的精確性和高效性，進而滿足市場供求。

（一）系統(tǒng)框架

工業(yè)機器人輔助數(shù)控精密木雕加工系統(tǒng)由圖像采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)輸出和加工系統(tǒng)等部分組成，在實際運行中（如圖1所示），借助3D掃描儀和Artcam軟件采集與處理數(shù)據(jù)，形成木雕完成模型，通過系統(tǒng)處理形成NC代碼，以供控制系統(tǒng)識別，控制系統(tǒng)借助內(nèi)設(shè)PC進行NC代碼翻譯和讀取，模擬仿真木雕加工路徑，輸出NC代碼，并自動控制機床和雕刻機開啟對木雕的加工，進而完成木雕的批量加工生產(chǎn)。在木雕加工過程中，主要依靠雕刻機和機床進行木雕加工，根據(jù)預(yù)設(shè)模型完成立體雕或浮雕等雕刻任務(wù)。

（二）數(shù)控雕刻

數(shù)控雕刻以雕刻機為主，設(shè)計為X軸、Y軸、Z軸、A軸等四軸空間結(jié)構(gòu)，其中A軸屬于立體雕刻空間中的另外旋轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)軸，借助旋轉(zhuǎn)A軸實現(xiàn)數(shù)控雕刻的立體加工。在實際應(yīng)用的過程中，針對立體雕刻，旋轉(zhuǎn)軸要依照事前設(shè)定的系統(tǒng)程序，采用360°旋轉(zhuǎn)或是翻轉(zhuǎn)實現(xiàn)木雕的立體雕刻，這就凸顯出旋轉(zhuǎn)臺設(shè)計的重要性，是雕刻機實現(xiàn)立體雕刻的重要環(huán)節(jié)。（如圖2所示）雕刻機外形為真空吸附式平臺，其中Y軸以龍門式移動進行運轉(zhuǎn)雕刻，工業(yè)機器人會設(shè)置在龍門架位置，將雕刻機頭部設(shè)計在工業(yè)機器人末端軸位置，借助工業(yè)機器人與龍門架之間的協(xié)調(diào)動作控制雕刻機運轉(zhuǎn)，進而實現(xiàn)各種復雜雕刻加工品的生產(chǎn)。

（三）工業(yè)機器人

系統(tǒng)選擇MOTOMAN-MH50型號的工業(yè)機器人，這類機器人以垂直多關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)為主，根據(jù)關(guān)節(jié)可區(qū)分為S、L、U、R、B、T等軸，這些關(guān)節(jié)設(shè)置增強了工業(yè)機器人的靈活性和增加了動作空間，使工業(yè)機器人在木雕加工中具備干涉小、活動空間大的優(yōu)勢，可以完成較為復雜的雕刻加工品，進而提高木雕加工的綜合效率。在工業(yè)機器人實際應(yīng)用中，工業(yè)機器人會根據(jù)程度設(shè)定，按動示教編程器進行軸操作，控制關(guān)節(jié)坐標中的軸動作，自動根據(jù)仿真木雕模型進行雕刻，進而保證木雕加工的精準性，節(jié)約大量的人工成本，提高綜合加工效益。

二、工業(yè)機器人輔助數(shù)控精密木雕加工中心操作流程

在木雕加工中，針對復雜結(jié)構(gòu)的木雕產(chǎn)品，單純依靠旋轉(zhuǎn)軸輔助加工無法保證其木雕精確度，這種情況下，就要引入工業(yè)機器人進行輔助加工，從多角度進行雕刻加工，實現(xiàn)復雜雕刻品的加工和生產(chǎn)，并提高木雕加工的精確性。在實際應(yīng)用中，工業(yè)機器人要和雕刻機溝通協(xié)作，系統(tǒng)采用I/O結(jié)構(gòu)進行信息傳遞和交互，雕刻機完成加工任務(wù)后，會向工業(yè)機器人傳遞信息，機器人接受信息后向雕刻機反饋“信息已接收”信息，雕刻機離開工作區(qū)域，而機器人移動到工作區(qū)域中進行雕刻；當工業(yè)機器人做好雕刻工作后，再次向雕刻機發(fā)送信息，雕刻機接受信息后向雕刻機反饋“信息已接收”信息，機器人離開工作區(qū)域，雕刻機進入并開展后續(xù)雕刻工作。

三、結(jié)束語

本文通過對工業(yè)機器人輔助數(shù)控精密木雕加工中心的研究，得出：

1.工業(yè)機器人輔助數(shù)控精密木雕加工系統(tǒng)在實際應(yīng)用中，可以實現(xiàn)木雕加工的自動化生產(chǎn)，以轉(zhuǎn)軸控制進行數(shù)控立體雕刻，進而完成木雕的批量加工生產(chǎn)。

2.為了提高木雕加工的精確度，利用工業(yè)機器人進行輔助雕刻，采用垂直多關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，通過工業(yè)機器人的動作靈活性和空間活躍性，從多個角度出發(fā)開展木雕加工，控制關(guān)節(jié)坐標軸動作，進而實現(xiàn)復雜木雕品的加工與生產(chǎn)。

參考文獻：

[1]鄭嬌，汪蘇，苗新剛.工業(yè)機器人輔助數(shù)控精密木雕加工中心研究[J].機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2015，26（3）：24-25.

[2]韋暢，苗新剛.工業(yè)機器人輔助數(shù)控木雕加工機床的結(jié)構(gòu)設(shè)計分析[J].中國機械，2015（17）：35-37.