CNC上下料痛点的解析以及智能柔性的升级指南

导语：数控加工制造产线纷纷选择由数控车床、CNC加工中心搭配机器人组成生产系统，以实现更紧凑的产线布局，更智能柔性生产。部分企业也希求以机器人代替人工的方式，解决招工难、工人流动性强等问题。墨影科技移动协作机器人依托自主核心算法及多机调度系统，为CNC加工车间提供“机器人换人”的柔性智能产线升级解决方案。

1 时代：中国数控加工制造业发展迅速

20世纪40年代末，美国启数控机床研究开端。1952年，美国麻省理工学院伺服机构实验室成功研发出第一台数控铣床，并于1957年投入使用。1958年，美国卡尼-特雷克公司首先研发成功第一台加工中心，标志着制作领域开始进入数控加工时代。

1958年我国也开始数控机床研发，1965年开始批量生产三坐标数控铣床。五十多年发展，我国的数控加工制造产业发展变化极大，如今拥有上万台CNC加工中心的企业不在少数。

然而这些企业在社会及终端行业变化发展大潮之下，不得不面对很多问题。

2 难题：传统上下料方式逐渐不适合行业发展需求

除去人工，当前市场常见的机床上下料还有交换托盘、桁架机械手、工业机械臂、AGV小车、复合机器人等形式，这些自动化设备将原料工件送至机床内，待加工完毕取出，重复操作。

图为桁架机械手上下料

使用上述自动化设备或人工进行机床上下料的方式，在产品相对单一、产量需求不高的情况下相对合适。然而，随着社会变化，3C制造业、汽车电子等产业快速发展，这类自动化设备及人工上下料方式逐渐暴露出了其不足。

首先，以上自动化设备大多需要现场改造或较长调试周期，占地面积较大，结构复杂、维修不便，不利于自动化流水线的生产；

其次，3C类产品更新迭代速度快，而部分自动化设备物料输送需要依托流水线，柔性不够，不利于产品结构调整；

再次，即便使用工业机械臂+地轨、天吊方式，上下料仍然受限于单轨道行走方式，无法面对车间内布置的成百上千台数控机床，实现真正的自动化上下料。

移动机器人倒是可以实现自主导航作业，在多台数控机床车间精准找到点位，但是后续上下料依旧需要做定制化改造，或加入接驳装置。

为了满足柔性、节约成本，不少移动机器人、机械臂企业采用“移动机器人+机械臂”在CNC加工厂内进行尝试。但实际调查表明，单一的移动机器人企业或机械臂企业对其他机器人产品融合使用的技术底蕴不足，如移动机器人与机械臂依旧由各自机箱控制，协同作业反应速度较慢，效果不佳。

再以人工为例：人工上下料劳动强度较大，人员较疲惫，其上下料操作精密程度却又决定着产品的质量，生产效率及产品质量稳定性受到影响；人工有一定概率出现工伤事故，增加企业运营风险。

3 革新：基于移动协作机器人的解决方案

CNC加工车间问题诸多，庞大的市场吸引了一批优秀的机器人企业，针对特定环节（如最需改良的“机床上下料”）做出探索，在深圳墨影科技有限公司的潜心研究下，移动协作机器人（MCR）诞生。

墨影移动协作机器人是一种全新形态的机器人，它兼容移动运输和多工位操作功能，相对于复合机器人，采用一体化设计，所有执行部件的运动控制由一个统一的控制器实现，能做到2000Hz同步协同控制，是复合机器人50-100Hz控制频率的十倍甚至几十倍。

技术对比

基于墨影移动协作机器人提供的解决方案，也最大程度上解决了CNC加工车间上下料的痛点。

其整体解决方案具体优势如下

①快速部署：客户现场安装调试及调度调试，只需15个工作日完成，验证期为7个工作日，整体工程总计22天。

②无需停工：整个方案施工过程中，无需对地面破坏式改造；设备安装时，车间无需停止生产，人工自由操作。

③安全可靠：移动协作机器人使用协作机械臂，可参与人工环境，无需特设栅栏，多传感器保障安全；底盘设有激光雷达、深度相机多种类监测设备，根据路障距离设置安全区、减速区、停止区，让事故发生率下降99.99%。

④实现无休生产：车体状态实时监控，搭载自动充电系统，状态不佳即刻充电。搭配作业实现7*24小时生产，全年无休。

以国内某龙头企业为例

国内某上市龙头企业，在其工厂有2万多台CNC，主要生产手机玻璃，该企业想从劳动密集型行业转向智能化工厂。

其中一条线总共118台精雕机，分2个区，CNC1区有34台设备，加工节拍16Pcs/H;CNC2区84台设备，加工节拍26Pcs/H，车间无线网络全覆盖，但无ERP系统。以往该车间每台加工中心都需要人工搬运物料，存在以下痛点：

①人工作业为主，劳动力成本逐年上升；

②现场人工作业强度较大，两班倒，人员较为疲惫；

③员工离职率较高，人员招募较难，新员工熟练度不够。

为解决痛点问题，墨影科技基于移动协作机器人（型号Q0-6-10、C-3-DS）提出解决方案，用机器人代替人工进行自动上下料工作，机器人末端用电控夹爪实现料架取放。

墨影移动协作机器人Q0-6-10

底盘定位精度±2mm，机械臂重复定位±0.05mm，足以满足上下料精准度。

墨影机器人上下料流程示意图

墨影科技整体方案图

整体方案共用墨影单臂移动协作机器人5台，最高单台机器人实现17个设备的上下料作业；顶升自主移动机器人3台。8台设备，完成了118台设备的用工替代，员工减少15人以上，单从用工成本角度来看，便为企业节约150万以上。

墨影科技提供的该解决方案，满足CNC生产车间复杂工作环境，有效代替人工实现取放料、检测等功能，将车间一个个孤立生产设备、加工单元、工站、自动装拆、检测等有机连接，减少中间环节，缩短产品物流周期，使加工、装配、检测、物流及取放料等生产过程融为一体。

快速部署、无需停工的安装调试特性也满足了产品产线短周期快更新的需求。据工厂数据分析，本方案回本周期控制在一年半内，对产线效率提升达10%以上，节约人工90%以上。

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