第二屆全國(guó)智能制造應(yīng)用技術(shù)技能大賽“華中數(shù)控杯”山西賽區(qū)競(jìng)賽主要設(shè)備技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

年中國(guó)技能大賽--第二屆全國(guó)智能制造應(yīng)用技術(shù)技能大賽“華中數(shù)控杯”山西賽區(qū)競(jìng)賽主要設(shè)備技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)1平臺(tái)簡(jiǎn)介及布局以智能制造技術(shù)推廣應(yīng)用實(shí)際與發(fā)展需求為設(shè)計(jì)依據(jù)，按照“設(shè)備自動(dòng)化+生產(chǎn)精益化+管理信息化+人工高效化”的構(gòu)建理念，將數(shù)控加工設(shè)備、工業(yè)機(jī)器人、檢測(cè)設(shè)備、數(shù)據(jù)信息采集管控設(shè)備等典型加工制造設(shè)備，集成為智能制造單元“硬件”系統(tǒng)，結(jié)合數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)、智能化控制技術(shù)、高效加工技術(shù)、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、RFID數(shù)字信息技術(shù)等“軟件”的綜合運(yùn)用，構(gòu)成大賽技術(shù)平臺(tái)。技術(shù)平臺(tái)具備零件數(shù)字化設(shè)計(jì)和工藝規(guī)劃、加工過程實(shí)時(shí)制造數(shù)據(jù)采集、加工過程自動(dòng)化、基于RFID加工狀態(tài)可追溯以及加工柔性化等功能。圖1-1切削加工智能制造單元技術(shù)平臺(tái)主視圖切削加工智能制造單元技術(shù)平臺(tái)結(jié)構(gòu)圖如圖1-1、1-2所示，包含數(shù)控車床、加工中心、在線檢測(cè)單元、六軸多關(guān)節(jié)機(jī)器人、工業(yè)機(jī)器人導(dǎo)軌、立體倉庫、中央控制系統(tǒng)、MES系統(tǒng)管理軟件和電子看板（圖中未顯示）等。圖1-2切削加工智能制造單元技術(shù)平臺(tái)俯視圖2智能制造單元主要清單2.1智能制造單元硬件清單表2-1智能制造單元硬件清單序號(hào)名稱數(shù)量單位備注1數(shù)控車床1臺(tái)自動(dòng)化改造，配攝像頭2加工中心（三軸）1臺(tái)自動(dòng)化改造，配攝像頭、在線檢測(cè)3工業(yè)機(jī)器人1臺(tái)定制行走式機(jī)器人4機(jī)器人夾具1套三種夾具，配快換系統(tǒng)5機(jī)器人導(dǎo)軌1套有效行程3.8米，總長(zhǎng)5米6立體倉庫1套設(shè)5層6列共30個(gè)倉位，含安全門、開關(guān)按鈕、RFID檢測(cè)設(shè)備、光電開關(guān)及指示燈7在線測(cè)量裝置1套用于加工中心8雄克零點(diǎn)定位系統(tǒng)1套用于加工中心8可視化系統(tǒng)及顯示終端3臺(tái)顯示機(jī)床運(yùn)行狀態(tài)，工件加工情況、加工效果、加工日志、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等9中央電氣控制系統(tǒng)（含無線路由器）1套負(fù)責(zé)周邊設(shè)備及機(jī)器人控制，實(shí)現(xiàn)智能制造單元的流程和邏輯總控10安全防護(hù)系統(tǒng)1套防止意外闖入、保護(hù)人員安全11RFID讀寫器及RFID芯片1套工件加工狀態(tài)、加工信息等的讀寫12編程和設(shè)計(jì)工位計(jì)算機(jī)2臺(tái)參考具體技術(shù)參數(shù)2.2智能制造單元硬件清單表2-2智能制造單元硬件清單序號(hào)軟件名稱數(shù)量單位硬件配置基本功能1MES軟件系統(tǒng)1套工控機(jī)+觸摸屏訂單管理功能、機(jī)床監(jiān)控、加工程序管理等2總控PLC軟件1套智能產(chǎn)線總控系統(tǒng)（工控機(jī)+觸摸屏）負(fù)責(zé)周邊設(shè)備及機(jī)器人控制，實(shí)現(xiàn)智能制造單元的流程和邏輯總控3智能制造仿真軟件1套編程和設(shè)計(jì)工位計(jì)算機(jī)1套單元設(shè)備模擬，虛擬安裝調(diào)試，布局優(yōu)化4CAD/CAM軟件1套編程和設(shè)計(jì)工位計(jì)算機(jī)1套三維模型設(shè)計(jì)和編程，編制零件加工工藝并上傳MES系統(tǒng)3智能制造單元硬件設(shè)備介紹切削加工智能制造單元技術(shù)平臺(tái)主要設(shè)備的技術(shù)參數(shù)如下：3.1數(shù)控車床及數(shù)控系統(tǒng)3.1.1數(shù)控車床技術(shù)配置：（1）數(shù)控車床為寶雞CK40S；（2）數(shù)控車床為斜床身結(jié)構(gòu)，正面配自動(dòng)門，配自動(dòng)吹掃裝置，配以太網(wǎng)接口；（3）自動(dòng)冷卻，自動(dòng)潤(rùn)滑，鏈板排屑；（4）數(shù)控車床的內(nèi)存容量大于5K，且有數(shù)據(jù)磁盤；（5）有自動(dòng)化接口，能實(shí)現(xiàn)數(shù)控車床的遠(yuǎn)程啟動(dòng)、程序可上傳到車床內(nèi)存，能獲取車床的狀態(tài)信息、機(jī)床的模式、主軸的位置信息；（6）數(shù)控車床自動(dòng)化夾具和自動(dòng)門的控制與反饋信號(hào)可以直接接入機(jī)床自身的I/O模塊，并且由機(jī)床自身來控制，其狀態(tài)可以通過網(wǎng)絡(luò)反饋給工控機(jī)；（7）數(shù)控車床能夠停在原點(diǎn)位置并把原點(diǎn)狀態(tài)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸給工控機(jī);（8）機(jī)床內(nèi)置攝像頭，鏡頭前裝有氣動(dòng)清潔噴嘴。3.1.2數(shù)控系統(tǒng)配置數(shù)控車床配華中數(shù)控HNC-818T數(shù)控系統(tǒng)，主軸、進(jìn)給均為交流伺服電機(jī)。3.1.3數(shù)控車床參數(shù)表3-1CK40S數(shù)控車床主要技術(shù)參數(shù)項(xiàng)目單位規(guī)格加工范圍床身上最大回轉(zhuǎn)直徑mmΦ400床鞍上最大回轉(zhuǎn)直徑mmΦ260推薦車削直徑/長(zhǎng)度mmΦ165/400最大車削直徑mmΦ285最大棒料直徑mmΦ42主軸液壓卡盤直徑mmΦ165主軸頭型式A2-5（GB/T5900.1）主軸錐孔規(guī)格MTNo.6主軸通孔直徑mmΦ57主軸軸承直徑(前/后)mmΦ90/Φ80主軸轉(zhuǎn)速r/min70-3000主電機(jī)功率(連續(xù)/30分鐘)kW7.5/11尾座套筒直徑/行程mmΦ70/80標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)頂尖錐度MTNo.4床鞍傾斜角度DEG45°移動(dòng)距離X/Zmm165/410快速移動(dòng)速度X/Zm/min12/16伺服電機(jī)扭矩X/ZNm11/20滾珠絲杠直徑X/ZmmΦ28/Φ40刀架刀位數(shù)8刀具尺寸（車削/鏜孔）mm20×20/Φ32其它電源kVA35體積（長(zhǎng)×寬×高）mm2370×1670×1970總重量kg3000最大加工工件重量（兩端裝卡）kg360（6?卡盤）3.2加工中心及數(shù)控系統(tǒng)3.2.1加工中心技術(shù)配置：（1）加工中心為寶雞VMC850L；（2）加工中心正面配自動(dòng)門，配自動(dòng)吹掃裝置，配以太網(wǎng)接口；（3）自動(dòng)冷卻，自動(dòng)潤(rùn)滑，鏈板排屑；（4）數(shù)控機(jī)床的內(nèi)存容量大于5K，且有數(shù)據(jù)磁盤；（5）有自動(dòng)化接口，能實(shí)現(xiàn)加工中心的遠(yuǎn)程啟動(dòng)、程序可上傳到機(jī)床內(nèi)存，能獲取機(jī)床的狀態(tài)信息、機(jī)床的模式、主軸的位置信息；（6）加工中心自動(dòng)化夾具和自動(dòng)門的控制與反饋信號(hào)可以直接接入機(jī)床自身的I/O模塊，并且由機(jī)床自身來控制，其狀態(tài)可以通過網(wǎng)絡(luò)反饋給工控機(jī)；（7）加工中心能夠停在原點(diǎn)位置并把原點(diǎn)狀態(tài)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸給工控機(jī);（8）機(jī)床內(nèi)置攝像頭，鏡頭前裝有氣動(dòng)清潔噴嘴。3.2.2數(shù)控系統(tǒng)配置數(shù)控車床配華中數(shù)控HNC-818B數(shù)控系統(tǒng)，主軸、進(jìn)給均為交流伺服電機(jī)。3.2.3加工中心參數(shù)表3-2VMC850L加工中心主要技術(shù)參數(shù)項(xiàng)目規(guī)格工作臺(tái)外形尺寸（W×L）（mm×mm）500×1000T型槽（mm）5-18（H8）T型槽間距（mm）90最大承重（kg）500主軸主軸錐孔BT40主軸功率（kW）7.5/11（FANUC）主軸轉(zhuǎn)速（r/min）8000拉釘型號(hào)MAS403P40T-Ⅰ行程左右行程（X向）（mm）800前后行程（Y向）（mm）500上下行程（Z向）（mm）600加工范圍主軸中心至立柱導(dǎo)軌距離（mm）560主軸端面至工作臺(tái)面距離（mm）80-680進(jìn)給（直聯(lián)）最高進(jìn)給速度（X/Y/Z）（mm/min）10000快速移動(dòng)速度（X/Y/Z）（m/min）24/24/15X、Y、Z軸電機(jī)功率（kW）≥1.8刀庫刀庫容量（把）24/凸輪機(jī)械手最大刀具重量（kg）8最大刀具尺寸（mm）Φ80×250其他電源（kVA）20機(jī)床毛重（kg）（VMC/MVC）7000/6500機(jī)床凈重（kg）（VMC/MVC）6500/6000氣源流量（L/min）250氣壓（MPa）0.5-0.7體積（長(zhǎng)×寬×高）mm2800×2450×28003.3工業(yè)機(jī)器人及夾具3.3.1工業(yè)機(jī)器人為了能適應(yīng)狹小、多點(diǎn)位、高靈活性工作要求，需要配置高性能六關(guān)節(jié)機(jī)器人，以適應(yīng)不同場(chǎng)合的復(fù)雜工況要求。本項(xiàng)目中根據(jù)工件加工流程、加工機(jī)床及設(shè)備功能和布局選擇華數(shù)機(jī)器人，型號(hào)為HSR-JR620L，負(fù)載20kg，工作范圍1848mm。圖3-1工業(yè)機(jī)器人活動(dòng)范圍圖3-2工業(yè)機(jī)器人安裝尺寸

表3-3HSR-JR620L性能參數(shù)圖3-3工業(yè)機(jī)器人3.2.2機(jī)器人夾具（1）手爪采用氣動(dòng)手指；（2）使用快換交換夾具系統(tǒng)切換兩套夾具；（3）手爪安裝擴(kuò)散反射型光電開關(guān)，可檢測(cè)機(jī)器人手爪有無抓取工件狀態(tài)（有工件/無工件）；（4）快速交換夾具機(jī)械手側(cè)安裝RFID一體式讀寫器，可讀寫加工信息和加工狀態(tài)。圖3-4機(jī)器人夾具3.4機(jī)器人導(dǎo)軌3.4.1結(jié)構(gòu)配備以下組成部分：（1）伺服動(dòng)力源：工業(yè)機(jī)器人自帶第七軸電機(jī)和高精密行星減速機(jī)提供驅(qū)動(dòng)，由工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)控制；（2）齒輪-齒條：高強(qiáng)度傳動(dòng)，為工業(yè)機(jī)器人的滑動(dòng)提供更精密的定位；（3）直線導(dǎo)軌組：重載型導(dǎo)軌副，可使行走精度得到更有效控制；（4）坦克鏈：將工業(yè)機(jī)器人動(dòng)力線、編碼器線、信號(hào)線等集中保護(hù)；（5）防護(hù)罩：工業(yè)機(jī)器人安裝鈑金護(hù)罩，保護(hù)導(dǎo)軌。3.4.2導(dǎo)軌技術(shù)參數(shù)表3-4導(dǎo)軌技術(shù)參數(shù)序號(hào)項(xiàng)目參數(shù)備注1寬度920mm2工作面高度350mm3有效長(zhǎng)度3.8m整個(gè)長(zhǎng)度不超過5m4驅(qū)動(dòng)方式伺服電機(jī)+減速機(jī)5傳動(dòng)方式齒輪齒條6控制方式機(jī)器人示教器控制7線速度最大速度大于1.5m/s9潤(rùn)滑方式手動(dòng)潤(rùn)滑泵10負(fù)載大于500kg11重復(fù)定位精度±0.2mm12安裝后導(dǎo)軌平面度±0.3mm圖3-5機(jī)器人導(dǎo)軌3.5立體倉庫立體倉庫配置：（1）帶有安全防護(hù)外罩及安全門，安全門設(shè)置工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的安全電磁鎖。立體倉庫的操作面板配備急停開關(guān)、解鎖許可（綠色燈）、門鎖解除（綠色按鈕）、運(yùn)行（綠色按鈕燈）；（2）立體倉庫工位設(shè)置30個(gè)，每層6個(gè)倉位，共5層，每個(gè)倉位配置RFID芯片，其中RFID讀寫頭安裝在工業(yè)機(jī)器人夾具上。立體倉庫每個(gè)倉位需要設(shè)置傳感器和狀態(tài)指示燈，傳感器用于檢測(cè)該位置是否有工件，狀態(tài)指示燈分別用不同的顏色指示毛坯、車床加工完成、加工中心加工完成、合格、不合格五種狀態(tài)；485數(shù)據(jù)通訊；（3）尺寸：長(zhǎng)x寬x高約為：1260mmx340mmx1800mm。圖3-6立體料倉3.6在線測(cè)量裝置3.6.1規(guī)格：漢莫?dú)WAMP-40，集成在加工中心上。3.6.2基本技術(shù)參數(shù)如下：（1）測(cè)針觸發(fā)方向：±X,±Y,+Z；（2）測(cè)針各向觸發(fā)保護(hù)行程：XY±15°,Z+5mm；（3）測(cè)針各向觸發(fā)力（出廠設(shè)置）：XY=1.0N,Z=8.0N；（4）測(cè)針任意單向觸發(fā)重復(fù)（2σ）精度：≤1μm；（5）防護(hù)等級(jí)：IP67。圖3-7測(cè)頭3.7快速定位夾具系統(tǒng)圖3-8快速定位夾具系統(tǒng)3.8氣動(dòng)精密平口鉗（1）規(guī)格：臺(tái)灣鷹牌VMC-5P；（2）工作原理：氣液增壓；（3）氣源壓力：0.7MPa；（4）最大夾緊力：5000KgF（可調(diào)）；（5）鉗口型式：V型,夾持直徑范圍Φ55-Φ70mm。圖3-9氣液增壓平口鉗3.9可視化系統(tǒng)及顯示終端3.9.1功能：實(shí)時(shí)呈現(xiàn)加工中心、數(shù)控車床的運(yùn)行狀態(tài)，工件加工情況（加工前、加工中、加工后）、加工效果（合格、不合格），加工日志，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等。3.9.2顯示終端參數(shù)：（1）品牌：創(chuàng)維；（2）總終端顯示采用1臺(tái)55英寸；（3）庫位終端、加工過程顯示終端采用2臺(tái)40英寸顯示器。3.10中央電氣控制系統(tǒng)3.10.1中央控制系統(tǒng)包含PLC電氣控制及I/O通訊系統(tǒng)，主要負(fù)責(zé)周邊設(shè)備及機(jī)器人控制，實(shí)現(xiàn)智能制造單元的流程和邏輯總控。3.10.2元件配置要求：（1）主控PLC采用西門子S7-1200系列CPU，技術(shù)指標(biāo)：1）125KB工作存儲(chǔ)器；2）24VDC電源，板載DI14x24VDC漏型/源型，DQ10x24VDC及AI2和AQ2；3）板載6個(gè)高速計(jì)數(shù)器和4個(gè)脈沖輸出；4）信號(hào)板擴(kuò)展板載I/O；多達(dá)3個(gè)通信模塊用于串行通信；5）多達(dá)8個(gè)信號(hào)模塊用于I/O擴(kuò)展；6）0.04ms/1000條指令；2個(gè)PROFINET端口用于編程，HMI和PLC間的通信。（2）帶有RS422/RS485接口的通信模塊;（3）帶有64點(diǎn)輸入和16點(diǎn)輸出擴(kuò)展I/O模塊；（4）采用西門子7寸觸摸屏，技術(shù)指標(biāo)：800x480像素，16M色；1xMPI/PROFIBUSDP，1x支持MRP和RT/IRT的PROFINET/工業(yè)以太網(wǎng)接口（2個(gè)端口）；2x多媒體卡插槽；3xUSB；（5）配有16口工業(yè)交換機(jī)；（6）外部配線接口采用航空插頭，方便設(shè)備拆裝移動(dòng)；（7）電控系統(tǒng)尺寸：650mmx420mmx980mm。圖3-10總控柜現(xiàn)場(chǎng)圖3.11安全防護(hù)系統(tǒng)3.11.1設(shè)置安全圍欄及帶工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)安全插銷的安全門，用來防止出現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人在自動(dòng)運(yùn)動(dòng)過程中由于人員意外闖入而造成的安全事故。3.11.2自動(dòng)線外圍防護(hù)設(shè)計(jì)參賽選手出入的安全門，配備安全開關(guān)，安全門打開時(shí)，除CNC外的所有設(shè)備處于下電狀態(tài)，根據(jù)場(chǎng)地要求，安全門位置二選一。3.11.3表面金黃色烤漆。圖3-11安全圍欄3.12RFID讀寫器及RFID芯片（1）品牌：思古；（2）RFID讀寫器采用高頻一體式讀寫頭,裝在機(jī)器人夾具上；（3）RFID芯片采用方形載碼體，裝在立體料架上。圖3-12RFID讀寫頭和芯片參數(shù)3.13MES硬件系統(tǒng)計(jì)算機(jī)配置如下：（1）工控機(jī)采用DELL3420小機(jī)箱式工控機(jī)；（2）配置雙網(wǎng)卡；（3）21.5寸液晶顯示器；3.14編程和設(shè)計(jì)工位計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)配置如下：（1）電腦型號(hào)：聯(lián)想啟天M410；（2）處理器：i7-7700（3）內(nèi)存：≥8GB；（3）硬盤：1T可用空間；（4）顯卡：獨(dú)立顯卡，顯存2GB；（5）系統(tǒng)為windows1064位版本；（6）21.5寸液晶顯示器。4智能制造單元軟件設(shè)備介紹4.1MES軟件系統(tǒng)MES軟件系統(tǒng)具有如下功能：（1）加工任務(wù)創(chuàng)建、加工任務(wù)管理；（2）立體倉庫管理和監(jiān)控；（3）機(jī)床啟停、初始化和管理；（4）加工程序管理和上傳；（5）在線檢測(cè)實(shí)時(shí)顯示和刀具補(bǔ)償修正；（6）智能看板功能：實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備、立體倉庫信息以及機(jī)床刀具監(jiān)控等；（7）工單下達(dá)、排程、生產(chǎn)數(shù)