機器人打磨與涂附磨具應用——訪機器人打磨專家張志軍

隨著全球制造業的全面升級，磨削加工手段也在快速地從手工打磨進入機械打磨、自動打磨以及智能磨削階段，機器換人成為不可逆轉的潮流。

涂附磨具是最重要的磨削加工工具之一。打磨機器人的廣泛應用為涂附磨具行業帶來了哪些實質性的影響？涂附磨具行業應當如何適應這一潮流，改變自己，創新發展，助力中國制造業的轉型升級？帶著這些問題，本刊記者電話采訪了國內機械人打磨專家張志軍。

張志軍，畢業于北京理工大學機械工程與自動化學院，2005 年加入 3M 中國研磨產品部，從事 10 多年磨料磨具的應用開發，參與組建了機器人打磨實驗室，為 3M 中國研發中心資深工程師。2018 年加入 ATI 工業自動化有限公司，任 ATI 中國材料去除自動化事業部經理。他曾經先后兩次參加《中國涂附磨具國際論壇》，精深的專業素養和對涂附磨具的深刻理解，給行業同仁留下了深刻的印象，也為行業同仁了解認識智能磨削技術帶來了很多啟發。

記者 ：智能磨削與工業機器人打磨技術在國內的普及與應用程度大致是什么樣的？

張總 ：打磨機器人是從事打磨的工業機器人，智能化代替人工打磨，提高工作效率以及保證產品優品率?，F在越來越多的機器人打磨中，機器人打磨一般從事的是棱角去毛刺、焊縫打磨、內腔內孔去毛刺等工作。主要分為四大領域 ：一是鑄造之后的打磨。如水龍頭等五金件表面砂光 ；二是機加工的打磨，主要是去毛刺較多 ；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、沖壓之后的其它工藝，包括激光切割、等離子切割及一些塑料件等。

在這四大領域中，鑄造行業比如水龍頭的打磨加工是最為典型的，其頭部企業比如美國科勒、廈門九牧等，每家均擁有數百臺機器人，用砂帶打磨的自動化程度比較高。而機器人打磨用最多的是電子行業，如手機殼、筆記本等，它們的量大、產品周期快，90% 以上是通過機器人使用砂紙或海綿砂進行打磨。應當說，在這兩個域里機器人打磨比較普及。

在其他領域的應用，如壓鑄行業去飛邊、去毛刺等，我個人感覺并不是很多，大約只有 20%，80% 仍是人工打磨。而在機加工行業，隨著整體的自動化進步，包括整個產線都在實現自動化，采取機床上下料，過去人工打磨去毛刺現在變成了機器人去毛刺。這一塊兒的技術相對比較成熟，難度沒那么高，因為機加工件已經用機床加工過，尺寸定位比較準確，再用機器人去毛刺比較方便，越來越多機加工行業后處理也在用機器人去打磨、去毛刺，相比壓鑄行業應用要高一些，大約 30%。在焊接領域，由于有一些難以突破的技術難點，機器人打磨的普及率相對低一些，目前還不到 10%。不過盡管眼下普及率并不算高，但客觀上市場需求還挺多，有些企業已經開始詢價，在為今后做方案、做準備了。所以從長遠來看，這個領域也將逐步實現機器人打磨。

記者 ：機器人打磨是一個大概念，具體到不同的工業領域、不同的磨削對象，它涉及到的技術復雜性與技術路徑各不相同，所應用的解決方案也是不同的，那么涂附磨具最適應哪些領域？

張總 ：從現有的實踐看，涂附磨具現在適應于什么領域，將來還適應于什么領域，跟上機器人、上自動化沒有什么關系。原來用涂附磨具，現在還是用涂附磨具，原來用金剛石砂輪，現在還是用金剛石砂輪。在我看來，絕大多數的自動化工作只是說是用一個機械臂將人的手臂解放出來，磨料形式和打磨形式并沒有變，從這個角度講，磨料的格局該是什么樣，還是什么樣，每個領域都在實現自己的自動化。

記者 ：就磨削壽命來講，在一些磨削應用領域，普通磨料砂帶是否將逐步會被超硬材料砂帶所取代？

張總 ：在我看來，人們對金剛石砂帶的追求在于它的壽命長、打磨得更快一些，對自動化本身來說，它偏好這個，希望更換產品的次數更少一些。不管是否使用機器人打磨，金剛石都會有它的優勢，如果放在自動化設備上，金剛石砂帶的優勢會更放大，設備的產出率會大大提高，得到更高的推廣。所以，自動化設備更偏好壽命長的一些磨料產品。但是，金剛石柔性相對差一些，在初磨削的時候，超硬材料產品有自己的優勢，但如果讓金剛石砂帶打磨水龍頭，不見得有它的優勢。所以，在某些領域還是替代不了的。

記者 ：在自動化、智能化磨削的背景下，新興磨料比如堆積磨料、陶瓷磨料、團聚磨料這類產品是否更受歡迎？

張總 ：它們的優勢確實是被自動化設備更喜歡，包括可以產生更大的壓力，超越人，比如陶瓷磨料，壓力大它就會表現得更好。有時人工打磨，它不破碎，就感覺不好用。如果機器人可以提供更大的壓力，就可以讓陶瓷磨料、堆積磨料的自銳性更好一些，能將砂帶磨料的性能更好地發揮出來。它們跟金剛石一樣，不管有沒有自動化，這些磨料在專機上有優勢，使用起來比較方便，磨削性能穩定持久性要好一點。就是說，這種堆積磨料壽命長、一致性穩定性好。以前只有靠人來控制的因素，對機器人來說，就更喜歡、更迫切，甚至說是不可或缺的。比如磨削性能穩定持久性，以前用人工打磨，第一個工件可能用 10 秒鐘，等打第 20 個工件時，可能都需要 15 秒了。人工打磨時是邊打磨邊判斷，靠經驗適時調整。但對機器人打磨就需要在編程時考慮進去。如果砂帶磨削性能是穩定的，程序員就會比較喜歡。對機器人來說，也還是更偏好堆積磨料這類的產品。

記者 ：工業機器人打磨突破了傳統的磨料磨具打磨方式，可能還包括了金屬磨削、激光磨削、水磨等各種工藝技術，涂附磨具的傳統應用領域是否會被更多地替代？

張總 ：在涂附磨具的傳統應用領域，目前絕大部分工藝還是沿用以前的工藝，工人們以前用什么，現在做自動化方案時還是用什么，幾乎 90%以上都在沿用以前的工藝。涂附磨具的性能是不可替代的，因為它有彈性、磨削快。比如打磨不銹鋼焊縫、拋光和用砂紙打磨油漆等傳統涂附磨具的優勢，它就是替代不了，即使上自動化也還是要用它。

記者 ：智能磨削對涂附磨具最根本的要求就是磨削性能穩定性好、壽命長，國內產品在適應這些智能磨削方面還存在哪些問題，應該怎么去改進？

張總 ：在我看來，無法改進，有些技術特性就是那樣。只能是自動化廠家想方設法了解磨料特性，設計一些更換裝置，想方設法節約更換時間，讓換磨削產品的時間在線下進行，讓打磨工作站效率更高。有人提出來，我們的砂帶能不能用上一天或更換頻率更少，這很難做到?，F在我們開發金剛石砂帶、陶瓷磨料和堆積磨料產品，只能是簡單地延長磨削壽命，但從根本上還是需要更換。如果說我們有自動化更換方案，就對磨料壽命的依賴性沒有那么強了。不管怎么說，換磨料可以節約磨削時間，機器人打磨的時間增加，對生產企業來說就是效益。

記者 ：實際上磨削產品和磨削機器人是互相的關系。機器代人對于涂附磨具來說，既有壓力，也是動力。

張總 ：沒有危機，反而是機會。并不是說自動化代替磨料磨具，自動化只是代替運動方式，代替人的手臂，它還是需要磨料磨具的支持。只不過現在寄希望于磨料壽命更長、一致性更好，減少它們的更換時間，減少調試程序的復雜度，甚至希望磨料是萬能的，一個磨料就可以干很多活，很多打磨工作能不能一步搞定，這從工藝上是無法做到的。所以，自動化企業要解決的問題，是實現更換更方便 ；涂附磨具需要改進，需要不斷創新，但是仍舊有它的生命力。

記者 ：在自動打磨、智能磨削方面，國內外相比是一種什么情況？

張總 ：現在打磨跟其他行業一樣，國外有的大部分東西，我們國內都有，國內好多企業也都在做，除了個別頂尖的沒有外，大部分國外應用場景在國內都有了，而且在這方面中國也許比國外都發達，比如電子領域的打磨、手機殼的打磨，國外都沒有這個產業，蘋果的產業鏈都在中國，這一點中國是獨一無二，處于領先地位的。

記者 ：適應未來工業機器人打磨發展方向智能磨具需要哪些涂附磨具新產品？

張總 ：我對未來新產品的渴望不報有希望，說白了，這方面的技術沒有太多革命性的發展，我只希望它能夠被機器人更好地抓起來。至于說磨料有什么革命性的進步和發展，這也不是自動化行業所能決定的事情或是它能提出的問題。

記者 ：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機器人，也無所謂高端應用和低端應用之分，可以這樣理解嗎？

張總 ：對，磨削嘛，智能磨削是解放手工勞動力的，手工用什么，機器人還是用什么，磨削的本質沒有變，只不過是把人給省出來了，并沒有高端和低端之分。

本文來源：《中國涂附磨具》2022年第一期