第二届全国智能制造应用技术技能大赛“华中数控杯”山西赛区竞赛主要设备技术标准

年中国技能大赛--第二届全国智能制造应用技术技能大赛“华中数控杯”山西赛区竞赛主要设备技术标准1平台简介及布局以智能制造技术推广应用实际与发展需求为设计依据，按照“设备自动化+生产精益化+管理信息化+人工高效化”的构建理念，将数控加工设备、工业机器人、检测设备、数据信息采集管控设备等典型加工制造设备，集成为智能制造单元“硬件”系统，结合数字化设计技术、智能化控制技术、高效加工技术、工业物联网技术、RFID数字信息技术等“软件”的综合运用，构成大赛技术平台。技术平台具备零件数字化设计和工艺规划、加工过程实时制造数据采集、加工过程自动化、基于RFID加工状态可追溯以及加工柔性化等功能。图1-1切削加工智能制造单元技术平台主视图切削加工智能制造单元技术平台结构图如图1-1、1-2所示，包含数控车床、加工中心、在线检测单元、六轴多关节机器人、工业机器人导轨、立体仓库、中央控制系统、MES系统管理软件和电子看板（图中未显示）等。图1-2切削加工智能制造单元技术平台俯视图2智能制造单元主要清单2.1智能制造单元硬件清单表2-1智能制造单元硬件清单序号名称数量单位备注1数控车床1台自动化改造，配摄像头2加工中心（三轴）1台自动化改造，配摄像头、在线检测3工业机器人1台定制行走式机器人4机器人夹具1套三种夹具，配快换系统5机器人导轨1套有效行程3.8米，总长5米6立体仓库1套设5层6列共30个仓位，含安全门、开关按钮、RFID检测设备、光电开关及指示灯7在线测量装置1套用于加工中心8雄克零点定位系统1套用于加工中心8可视化系统及显示终端3台显示机床运行状态，工件加工情况、加工效果、加工日志、数据统计等9中央电气控制系统（含无线路由器）1套负责周边设备及机器人控制，实现智能制造单元的流程和逻辑总控10安全防护系统1套防止意外闯入、保护人员安全11RFID读写器及RFID芯片1套工件加工状态、加工信息等的读写12编程和设计工位计算机2台参考具体技术参数2.2智能制造单元硬件清单表2-2智能制造单元硬件清单序号软件名称数量单位硬件配置基本功能1MES软件系统1套工控机+触摸屏订单管理功能、机床监控、加工程序管理等2总控PLC软件1套智能产线总控系统（工控机+触摸屏）负责周边设备及机器人控制，实现智能制造单元的流程和逻辑总控3智能制造仿真软件1套编程和设计工位计算机1套单元设备模拟，虚拟安装调试，布局优化4CAD/CAM软件1套编程和设计工位计算机1套三维模型设计和编程，编制零件加工工艺并上传MES系统3智能制造单元硬件设备介绍切削加工智能制造单元技术平台主要设备的技术参数如下：3.1数控车床及数控系统3.1.1数控车床技术配置：（1）数控车床为宝鸡CK40S；（2）数控车床为斜床身结构，正面配自动门，配自动吹扫装置，配以太网接口；（3）自动冷却，自动润滑，链板排屑；（4）数控车床的内存容量大于5K，且有数据磁盘；（5）有自动化接口，能实现数控车床的远程启动、程序可上传到车床内存，能获取车床的状态信息、机床的模式、主轴的位置信息；（6）数控车床自动化夹具和自动门的控制与反馈信号可以直接接入机床自身的I/O模块，并且由机床自身来控制，其状态可以通过网络反馈给工控机；（7）数控车床能够停在原点位置并把原点状态通过网络传输给工控机;（8）机床内置摄像头，镜头前装有气动清洁喷嘴。3.1.2数控系统配置数控车床配华中数控HNC-818T数控系统，主轴、进给均为交流伺服电机。3.1.3数控车床参数表3-1CK40S数控车床主要技术参数项目单位规格加工范围床身上最大回转直径mmΦ400床鞍上最大回转直径mmΦ260推荐车削直径/长度mmΦ165/400最大车削直径mmΦ285最大棒料直径mmΦ42主轴液压卡盘直径mmΦ165主轴头型式A2-5（GB/T5900.1）主轴锥孔规格MTNo.6主轴通孔直径mmΦ57主轴轴承直径(前/后)mmΦ90/Φ80主轴转速r/min70-3000主电机功率(连续/30分钟)kW7.5/11尾座套筒直径/行程mmΦ70/80标准结构顶尖锥度MTNo.4床鞍倾斜角度DEG45°移动距离X/Zmm165/410快速移动速度X/Zm/min12/16伺服电机扭矩X/ZNm11/20滚珠丝杠直径X/ZmmΦ28/Φ40刀架刀位数8刀具尺寸（车削/镗孔）mm20×20/Φ32其它电源kVA35体积（长×宽×高）mm2370×1670×1970总重量kg3000最大加工工件重量（两端装卡）kg360（6˝卡盘）3.2加工中心及数控系统3.2.1加工中心技术配置：（1）加工中心为宝鸡VMC850L；（2）加工中心正面配自动门，配自动吹扫装置，配以太网接口；（3）自动冷却，自动润滑，链板排屑；（4）数控机床的内存容量大于5K，且有数据磁盘；（5）有自动化接口，能实现加工中心的远程启动、程序可上传到机床内存，能获取机床的状态信息、机床的模式、主轴的位置信息；（6）加工中心自动化夹具和自动门的控制与反馈信号可以直接接入机床自身的I/O模块，并且由机床自身来控制，其状态可以通过网络反馈给工控机；（7）加工中心能够停在原点位置并把原点状态通过网络传输给工控机;（8）机床内置摄像头，镜头前装有气动清洁喷嘴。3.2.2数控系统配置数控车床配华中数控HNC-818B数控系统，主轴、进给均为交流伺服电机。3.2.3加工中心参数表3-2VMC850L加工中心主要技术参数项目规格工作台外形尺寸（W×L）（mm×mm）500×1000T型槽（mm）5-18（H8）T型槽间距（mm）90最大承重（kg）500主轴主轴锥孔BT40主轴功率（kW）7.5/11（FANUC）主轴转速（r/min）8000拉钉型号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加工范围主轴中心至立柱导轨距离（mm）560主轴端面至工作台面距离（mm）80-680进给（直联）最高进给速度（X/Y/Z）（mm/min）10000快速移动速度（X/Y/Z）（m/min）24/24/15X、Y、Z轴电机功率（kW）≥1.8刀库刀库容量（把）24/凸轮机械手最大刀具重量（kg）8最大刀具尺寸（mm）Φ80×250其他电源（kVA）20机床毛重（kg）（VMC/MVC）7000/6500机床净重（kg）（VMC/MVC）6500/6000气源流量（L/min）250气压（MPa）0.5-0.7体积（长×宽×高）mm2800×2450×28003.3工业机器人及夹具3.3.1工业机器人为了能适应狭小、多点位、高灵活性工作要求，需要配置高性能六关节机器人，以适应不同场合的复杂工况要求。本项目中根据工件加工流程、加工机床及设备功能和布局选择华数机器人，型号为HSR-JR620L，负载20kg，工作范围1848mm。图3-1工业机器人活动范围图3-2工业机器人安装尺寸

表3-3HSR-JR620L性能参数图3-3工业机器人3.2.2机器人夹具（1）手爪采用气动手指；（2）使用快换交换夹具系统切换两套夹具；（3）手爪安装扩散反射型光电开关，可检测机器人手爪有无抓取工件状态（有工件/无工件）；（4）快速交换夹具机械手侧安装RFID一体式读写器，可读写加工信息和加工状态。图3-4机器人夹具3.4机器人导轨3.4.1结构配备以下组成部分：（1）伺服动力源：工业机器人自带第七轴电机和高精密行星减速机提供驱动，由工业机器人控制系统联动控制；（2）齿轮-齿条：高强度传动，为工业机器人的滑动提供更精密的定位；（3）直线导轨组：重载型导轨副，可使行走精度得到更有效控制；（4）坦克链：将工业机器人动力线、编码器线、信号线等集中保护；（5）防护罩：工业机器人安装钣金护罩，保护导轨。3.4.2导轨技术参数表3-4导轨技术参数序号项目参数备注1宽度920mm2工作面高度350mm3有效长度3.8m整个长度不超过5m4驱动方式伺服电机+减速机5传动方式齿轮齿条6控制方式机器人示教器控制7线速度最大速度大于1.5m/s9润滑方式手动润滑泵10负载大于500kg11重复定位精度±0.2mm12安装后导轨平面度±0.3mm图3-5机器人导轨3.5立体仓库立体仓库配置：（1）带有安全防护外罩及安全门，安全门设置工业标准的安全电磁锁。立体仓库的操作面板配备急停开关、解锁许可（绿色灯）、门锁解除（绿色按钮）、运行（绿色按钮灯）；（2）立体仓库工位设置30个，每层6个仓位，共5层，每个仓位配置RFID芯片，其中RFID读写头安装在工业机器人夹具上。立体仓库每个仓位需要设置传感器和状态指示灯，传感器用于检测该位置是否有工件，状态指示灯分别用不同的颜色指示毛坯、车床加工完成、加工中心加工完成、合格、不合格五种状态；485数据通讯；（3）尺寸：长x宽x高约为：1260mmx340mmx1800mm。图3-6立体料仓3.6在线测量装置3.6.1规格：汉莫欧AMP-40，集成在加工中心上。3.6.2基本技术参数如下：（1）测针触发方向：±X,±Y,+Z；（2）测针各向触发保护行程：XY±15°,Z+5mm；（3）测针各向触发力（出厂设置）：XY=1.0N,Z=8.0N；（4）测针任意单向触发重复（2σ）精度：≤1μm；（5）防护等级：IP67。图3-7测头3.7快速定位夹具系统图3-8快速定位夹具系统3.8气动精密平口钳（1）规格：台湾鹰牌VMC-5P；（2）工作原理：气液增压；（3）气源压力：0.7MPa；（4）最大夹紧力：5000KgF（可调）；（5）钳口型式：V型,夹持直径范围Φ55-Φ70mm。图3-9气液增压平口钳3.9可视化系统及显示终端3.9.1功能：实时呈现加工中心、数控车床的运行状态，工件加工情况（加工前、加工中、加工后）、加工效果（合格、不合格），加工日志，数据统计等。3.9.2显示终端参数：（1）品牌：创维；（2）总终端显示采用1台55英寸；（3）库位终端、加工过程显示终端采用2台40英寸显示器。3.10中央电气控制系统3.10.1中央控制系统包含PLC电气控制及I/O通讯系统，主要负责周边设备及机器人控制，实现智能制造单元的流程和逻辑总控。3.10.2元件配置要求：（1）主控PLC采用西门子S7-1200系列CPU，技术指标：1）125KB工作存储器；2）24VDC电源，板载DI14x24VDC漏型/源型，DQ10x24VDC及AI2和AQ2；3）板载6个高速计数器和4个脉冲输出；4）信号板扩展板载I/O；多达3个通信模块用于串行通信；5）多达8个信号模块用于I/O扩展；6）0.04ms/1000条指令；2个PROFINET端口用于编程，HMI和PLC间的通信。（2）带有RS422/RS485接口的通信模块;（3）带有64点输入和16点输出扩展I/O模块；（4）采用西门子7寸触摸屏，技术指标：800x480像素，16M色；1xMPI/PROFIBUSDP，1x支持MRP和RT/IRT的PROFINET/工业以太网接口（2个端口）；2x多媒体卡插槽；3xUSB；（5）配有16口工业交换机；（6）外部配线接口采用航空插头，方便设备拆装移动；（7）电控系统尺寸：650mmx420mmx980mm。图3-10总控柜现场图3.11安全防护系统3.11.1设置安全围栏及带工业标准安全插销的安全门，用来防止出现工业机器人在自动运动过程中由于人员意外闯入而造成的安全事故。3.11.2自动线外围防护设计参赛选手出入的安全门，配备安全开关，安全门打开时，除CNC外的所有设备处于下电状态，根据场地要求，安全门位置二选一。3.11.3表面金黄色烤漆。图3-11安全围栏3.12RFID读写器及RFID芯片（1）品牌：思古；（2）RFID读写器采用高频一体式读写头,装在机器人夹具上；（3）RFID芯片采用方形载码体，装在立体料架上。图3-12RFID读写头和芯片参数3.13MES硬件系统计算机配置如下：（1）工控机采用DELL3420小机箱式工控机；（2）配置双网卡；（3）21.5寸液晶显示器；3.14编程和设计工位计算机计算机配置如下：（1）电脑型号：联想启天M410；（2）处理器：i7-7700（3）内存：≥8GB；（3）硬盘：1T可用空间；（4）显卡：独立显卡，显存2GB；（5）系统为windows1064位版本；（6）21.5寸液晶显示器。4智能制造单元软件设备介绍4.1MES软件系统MES软件系统具有如下功能：（1）加工任务创建、加工任务管理；（2）立体仓库管理和监控；（3）机床启停、初始化和管理；（4）加工程序管理和上传；（5）在线检测实时显示和刀具补偿修正；（6）智能看板功能：实时监控设备、立体仓库信息以及机床刀具监控等；（7）工单下达、排程、生产数