全國(guó)智能制造技術(shù)應(yīng)用設(shè)備技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

2017年中國(guó)技能大賽——首屆全國(guó)智能制造應(yīng)用技術(shù)技能大賽切削加工智能制造單元主要設(shè)備技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)大賽全國(guó)組委會(huì)技術(shù)工作委員會(huì)

二零一七年十月切削加工智能制造單元主要設(shè)備技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)一、技術(shù)平臺(tái)簡(jiǎn)介以智能制造技術(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(guò)程實(shí)時(shí)制造數(shù)據(jù)采集、加工過(guò)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。二、技術(shù)平臺(tái)結(jié)構(gòu)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、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、立體倉(cāng)庫(kù)、中央控制系統(tǒng)、MES系統(tǒng)管理軟件和電子看板等。

圖1切削加工智能制造單元技術(shù)平臺(tái)主視圖圖2切削加工智能制造單元技術(shù)平臺(tái)俯視圖三、技術(shù)平臺(tái)主要設(shè)備配置切削加工智能制造單元技術(shù)平臺(tái)主要配置清單如表1所示表1切削加工智能制造單元主要配置清單序號(hào)設(shè)備名稱數(shù)量單位備注1數(shù)控車床1臺(tái)參考具體技術(shù)參數(shù)2加工中心（三軸）1臺(tái)參考具體技術(shù)參數(shù)3在線測(cè)量裝置（用于加工中心）1套參考具體技術(shù)參數(shù)4氣動(dòng)精密平口鉗（用于加工中心）1個(gè)參考具體技術(shù)參數(shù)5工業(yè)機(jī)器人及夾具1臺(tái)參考具體技術(shù)參數(shù)6工業(yè)機(jī)器人導(dǎo)軌1套參考具體技術(shù)參數(shù)7立體倉(cāng)庫(kù)1套參考具體技術(shù)參數(shù)8可視化系統(tǒng)及顯示終端3臺(tái)參考具體技術(shù)參數(shù)9中央電氣控制系統(tǒng)（含無(wú)線路由器）1套參考具體技術(shù)參數(shù)

10MES軟件系統(tǒng)1套參考具體技術(shù)參數(shù)11安全防護(hù)系統(tǒng)1套參考具體技術(shù)參數(shù)12RFID讀寫(xiě)器及RFID芯片1套參考具體技術(shù)參數(shù)13智能制造仿真軟件1套參考具體技術(shù)參數(shù)14CAD/CAM軟件1套參考具體技術(shù)參數(shù)15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)四、技術(shù)平臺(tái)主要設(shè)備技術(shù)參數(shù)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：（一）數(shù)控車床及數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控車床技術(shù)參數(shù)：（1）最大回轉(zhuǎn)直徑：360-460mm；（2）頂尖距：350-450mm；（3）主軸轉(zhuǎn)速：3000-5000rpm；（4）主軸頭型式：A2-4、A2-5、A2-6；（5）液壓三爪卡盤(pán)：5吋、6吋、8吋，均配軟爪；（6）主軸通孔直徑：Φ55-Φ63mm；（7）交流伺服主電機(jī)：3.7-5.5Kw；（8）進(jìn)給軸快移速度：12-24m/min；（9）刀架：臥式，8-12工位，液壓或者電動(dòng)；（10）刀柄：方20-25mm，圓Φ25-Φ40mm；（12）斜床身結(jié)構(gòu)；（13）正面氣動(dòng)門(mén)；（14）自動(dòng)冷卻、集中潤(rùn)滑、鏈板排屑（或者水箱式直排）（15）外形尺寸：長(zhǎng)寬高≤4350mm（含排屑器）×1800mm×2000mm。數(shù)控車床其他要求：（1）數(shù)控車床有以太網(wǎng)接口；（2）數(shù)控車床的內(nèi)存容量大于5K，且有數(shù)據(jù)磁盤(pán)；（3）提供自動(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；（4）數(shù)控車床自動(dòng)化夾具和自動(dòng)門(mén)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(lái)控制，其狀態(tài)可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)反饋給工控機(jī)；（5）數(shù)控車床能夠停在原點(diǎn)位置并把原點(diǎn)狀態(tài)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸給工控機(jī);（6）機(jī)床內(nèi)置攝像頭，鏡頭前裝有氣動(dòng)清潔噴嘴（由集成廠家安裝、調(diào)試）。數(shù)控系統(tǒng)配置：國(guó)內(nèi)企業(yè)常用數(shù)控系統(tǒng)，主軸、進(jìn)給均為交流伺服電機(jī)。（二）加工中心及數(shù)控系統(tǒng)加工中心技術(shù)參數(shù)：（1）工作臺(tái)尺寸：長(zhǎng)寬≥650x400mm；（2）三軸行程：XYZ≥600x400x450mm；（3）T型槽：18mmx3；（4）工作臺(tái)最大負(fù)載：≥500kg；（5）主軸轉(zhuǎn)速：8000-10000rpm；（6）刀柄型式：BT40；（7）交流伺服主電機(jī)：額定功率5.5-7.5Kw；（8）進(jìn)給軸快移速度：12-48m/min；（9）刀庫(kù)：凸輪機(jī)械手（刀臂式），24工位；（10）最大刀具重量：8kg；（11）最大刀具尺寸：Φ80×250mm；（12）氣源流量：250L/min；（13）氣源壓力：0.5-0.7MPa；（14）正面氣動(dòng)門(mén)；（15）留有安裝在線測(cè)頭的接口；（16）留有氣動(dòng)平口鉗的氣源和控制接口；（17）自動(dòng)冷卻、集中潤(rùn)滑、螺桿（或鏈板）排屑；（18）外形尺寸：長(zhǎng)寬高≤3300mm（含排屑器）×2400mm×2700mm。加工中心其他要求：（1）加工中心有以太網(wǎng)接口；（2）加工中心的內(nèi)存容量大于5K，且有數(shù)據(jù)磁盤(pán)；（3）提供自動(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；（4）加工中心自動(dòng)化夾具和自動(dòng)門(mén)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(lái)控制，其狀態(tài)可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)反饋給工控機(jī)；（5）加工中心能夠停在原點(diǎn)位置并把原點(diǎn)狀態(tài)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸給工控機(jī);（6）機(jī)床內(nèi)置攝像頭，鏡頭前裝有氣動(dòng)清潔噴嘴（由集成廠家安裝、調(diào)試）。數(shù)控系統(tǒng)配置：國(guó)內(nèi)企業(yè)常用數(shù)控系統(tǒng)，主軸、進(jìn)給均為交流伺服電機(jī)。（三）在線測(cè)量裝置集成在加工中心上，然后直接通過(guò)以太網(wǎng)獲取檢測(cè)數(shù)據(jù)。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）無(wú)線電信號(hào)傳輸范圍：≤10M；（6）新電池（單班5%使用率）的工作天數(shù)：150天；（7）防護(hù)等級(jí)：IP67。（四）氣動(dòng)精密平口鉗規(guī)格：5吋或6吋。工作原理：氣液增壓。氣源壓力：0.7MPa。最大夾緊力：5000KgF（可調(diào)）。鉗口型式：V型,夾持直徑范圍Φ55-Φ70mm。（五）工業(yè)機(jī)器人及夾具機(jī)器人負(fù)載10-20kg以上、臂展1700mm左右。機(jī)器人支持以太網(wǎng)接口。機(jī)器人控制系統(tǒng)具有不小于16個(gè)I/O點(diǎn)。手爪采用氣動(dòng)手指。手爪上兩套夾爪呈90°。手爪安裝擴(kuò)散反射型光電開(kāi)關(guān)，可檢測(cè)機(jī)器人手爪有無(wú)抓取工件狀態(tài)（有工件/無(wú)工件）。（六）工業(yè)機(jī)器人導(dǎo)軌結(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的控制；（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)器人安裝滑板或風(fēng)琴罩等，保護(hù)導(dǎo)軌。導(dǎo)軌總長(zhǎng)度：≤5m。最快行走速度：大于1.5m/m。機(jī)器人滑板承重：大于500kg。重復(fù)定位精度：高于±0.2mm。導(dǎo)軌有效行程約：3800mm。（七）立體倉(cāng)庫(kù)帶有安全防護(hù)外罩及安全門(mén)，安全門(mén)設(shè)置工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的安全電磁鎖。立體倉(cāng)庫(kù)的操作面板配備急停開(kāi)關(guān)、解鎖許可（綠色燈） 、門(mén)鎖解除（綠色按鈕）、運(yùn)行（綠色按鈕燈）。立體倉(cāng)庫(kù)工位設(shè)置30個(gè)，每層6個(gè)倉(cāng)位，共5層，每個(gè)倉(cāng)位配置RFID芯片，其中RFID讀寫(xiě)頭安裝在工業(yè)機(jī)器人夾具上。立體倉(cāng)庫(kù)每個(gè)倉(cāng)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。尺寸：長(zhǎng)x寬x高約為：1110mmx340mmx1800mm 。（八）可視化系統(tǒng)及顯示終端功能要求：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。顯示終端參數(shù)要求：（1）總終端顯示采用1臺(tái)55英寸；（2）庫(kù)位終端、加工過(guò)程顯示終端采用2臺(tái)40英寸顯示器。顯示終端為國(guó)產(chǎn)知名品牌。（九）中央電氣控制系統(tǒng)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。元件配置要求：（1）主控PLC采用西門(mén)子S7-1200系列，并配有ModbusTC/IP通信模塊;（2）配有16口工業(yè)交換機(jī)；（3）外部配線接口必須采用航空插頭，方便設(shè)備拆裝移動(dòng)；（4）包含無(wú)線路由器。（十）MES軟件系統(tǒng)MES軟件系統(tǒng)具有如下功能：加工任務(wù)創(chuàng)建、加工任務(wù)管理。立體倉(cāng)庫(kù)管理和監(jiān)控。機(jī)床啟停、初始化和管理。加工程序管理和上傳。在線檢測(cè)實(shí)時(shí)顯示和刀具補(bǔ)償修正。智能看板功能：實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備、立體倉(cāng)庫(kù)信息以及機(jī)床刀具監(jiān)控等。工單下達(dá)、排程、生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理、報(bào)表管理等。（十一）安全防護(hù)系統(tǒng)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(mén)，用來(lái)防止出現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人在自動(dòng)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中由于人員意外闖入而造成的安全事故。2.自動(dòng)線外圍防護(hù)設(shè)計(jì)參賽選手出入的安全門(mén)，配備安全開(kāi)關(guān)，安全門(mén)打開(kāi)時(shí)，除CNC外的所有設(shè)備處于下電狀態(tài)。尺寸：1.2m高度，黃色。（十二）RFID讀寫(xiě)器及RFID芯片RFID讀寫(xiě)器及RFID芯片滿足如下要求：1.適應(yīng)于惡劣環(huán)境使用。2.使用壽命長(zhǎng)，數(shù)據(jù)性能穩(wěn)定。對(duì)離散型制造業(yè)而言，要求RFIDTAG具備高安全性。高壽命和高可靠性，壽命長(zhǎng)達(dá)10年以上。RFID芯片放置在倉(cāng)位上，共30個(gè)。（十三）智能制造仿真軟件1.包含主流品牌的工業(yè)機(jī)器人模型庫(kù)及多種智能工廠仿真模型，支持主流三維數(shù)據(jù)格式導(dǎo)入，可根據(jù)需求進(jìn)行模型的運(yùn)動(dòng)行為管理。2.具備創(chuàng)建包含重力、彈性碰撞等物理規(guī)律的智能制造虛擬仿真環(huán)境?？梢源罱òI(yè)機(jī)器人、AGV、數(shù)控機(jī)床、滑軌與變位機(jī)、傳送帶等智能生產(chǎn)線虛擬仿真布局方案。運(yùn)用PLC編程軟件或PLC設(shè)備控制虛擬仿真布局，實(shí)現(xiàn)PLC程序功能和設(shè)計(jì)功能的仿真驗(yàn)證。具備碰撞檢測(cè)、坐標(biāo)鎖定、限位停止等功能，便于優(yōu)化智能產(chǎn)線虛擬仿真布局。十四）CAD/CAM軟件CAD/CAM軟件具有常用三維CAD建模和CAM功能。（十五）編程和設(shè)計(jì)工位計(jì)