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2018年中國技能大賽
—第二屆全國智能制造應(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)
全國組委會技術(shù)工作委員會
二零一八年九月二十日
1
2018年中國技能大賽
——第二屆全國智能制造應(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)
一、技術(shù)平臺簡介
以智能制造技術(shù)推廣應(yīng)用實際與發(fā)展需求為設(shè)計依據(jù),按照“設(shè)
備自動化+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)機器人、檢測設(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”的綜合運用,構(gòu)成大賽技術(shù)平臺。技術(shù)平
臺具備零件數(shù)字化設(shè)計和工藝規(guī)劃、加工過程實時制造數(shù)據(jù)采集、
加工過程自動化、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)平臺結(jié)構(gòu)圖
切削加工智能制造單元技術(shù)平臺結(jié)構(gòu)圖如圖1所示,包含數(shù)控
車床、加工中心、在線檢測單元、六軸多關(guān)節(jié)機器人、立體倉庫、
中央控制系統(tǒng)、MES系統(tǒng)管理軟件和電子看板等。
2
圖1切削加工智能制造單元技術(shù)平臺總布局示意圖
三、技術(shù)平臺主要設(shè)備配置
切削加工智能制造單元技術(shù)平臺主要配置清單如表1所示。
表1切削加工智能制造單元主要配置清單
序號設(shè)備名稱數(shù)量單位備注
1數(shù)控車床1臺參考具體技術(shù)參數(shù)
2加工中心(三軸)1臺參考具體技術(shù)參數(shù)
3在線測量裝置(用于加工中心)1套參考具體技術(shù)參數(shù)
4氣動精密平口鉗(用于加工中心)1個參考具體技術(shù)參數(shù)
5工業(yè)機器人及夾具1臺參考具體技術(shù)參數(shù)
6零點快換裝置1套參考具體技術(shù)參數(shù)
7工業(yè)機器人導(dǎo)軌1套參考具體技術(shù)參數(shù)
8工業(yè)機器人快換夾具工作臺1套參考具體技術(shù)參數(shù)
9立體倉庫1套參考具體技術(shù)參數(shù)
10可視化系統(tǒng)及顯示終端3臺參考具體技術(shù)參數(shù)
11中央電氣控制系統(tǒng)1套參考具體技術(shù)參數(shù)
12MES系統(tǒng)(含部署計算機)1套參考具體技術(shù)參數(shù)
13安全防護系統(tǒng)1套參考具體技術(shù)參數(shù)
14RFID讀寫器及RFID標(biāo)簽1套參考具體技術(shù)參數(shù)
3
15智能制造仿真軟件1套參考具體技術(shù)參數(shù)
16CAD/CAM軟件1套參考具體技術(shù)參數(shù)
17編程和設(shè)計工位計算機2臺參考具體技術(shù)參數(shù)
四、技術(shù)平臺主要設(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)
1.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: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:3.7-5.5Kw;
(8)進給軸快移速度:12-24m/min;
(9)刀架:臥式,8-12工位,液壓或者電動;
(10)刀柄:方20-25mm,圓Φ25-Φ40mm;
(12)斜床身結(jié)構(gòu);
(13)正面氣動門;
(14)自動冷卻、集中潤滑、鏈板排屑(或者水箱式直排)
(15)外形尺寸:長寬高≤4350mm(含排屑器)×1800mm×
2000mm。
2.數(shù)控車床其他要求:
(1)數(shù)控車床有以太網(wǎng)接口;
4
(2)數(shù)控車床的內(nèi)存容量大于5K,且有數(shù)據(jù)磁盤;
(3)提供自動化接口,能實現(xiàn)數(shù)控車床的遠(yuǎn)程啟動、程序可上
傳到車床內(nèi)存,能獲取車床的狀態(tài)信息、機床的模式、主軸的位置
信息;
(4)數(shù)控車床自動化夾具和自動門的控制與反饋信號可以直接
接入機床自身的I/O模塊,并且由機床自身來控制,其狀態(tài)可以通
過網(wǎng)絡(luò)反饋給工控機;
(5)數(shù)控車床能夠停在原點位置并把原點狀態(tài)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸給
工控機;
(6)機床內(nèi)置攝像頭,鏡頭前裝有氣動清潔噴嘴(由集成廠家
安裝、調(diào)試)。
3.數(shù)控系統(tǒng)配置:
國內(nèi)企業(yè)常用數(shù)控系統(tǒng),主軸、進給均為交流伺服電機。
(二)加工中心及數(shù)控系統(tǒng)
1.加工中心技術(shù)參數(shù):
(1)工作臺尺寸:長寬≥650x400mm;
(2)三軸行程:XYZ≥600x400x450mm;
(3)T型槽:18mmx3;
(4)工作臺最大負(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:額定功率5.5-7.5Kw;
(8)進給軸快移速度:12-48m/min;
(9)刀庫:凸輪機械手(刀臂式),24工位;
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(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)正面氣動門;
(15)留有安裝在線測頭的接口;
(16)留有氣動平口鉗和零點快換裝置的氣源和控制接口;
(17)自動冷卻、集中潤滑、螺桿(或鏈板)排屑;
(18)外形尺寸:長寬高≤3300mm(含排屑器)×2400mm×
2700mm。
2.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;
(3)提供自動化接口,能實現(xiàn)加工中心的遠(yuǎn)程啟動、程序可上
傳到機床內(nèi)存,能獲取機床的狀態(tài)信息、機床的模式、主軸的位置
信息;
(4)加工中心自動化夾具和自動門的控制與反饋信號可以直接
接入機床自身的I/O模塊,并且由機床自身來控制,其狀態(tài)可以通
過網(wǎng)絡(luò)反饋給工控機;
(5)加工中心能夠停在原點位置并把原點狀態(tài)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸給
工控機;
(6)機床內(nèi)置攝像頭,鏡頭前裝有氣動清潔噴嘴(由集成廠家
安裝、調(diào)試);
(7)安裝品牌廠商的零點快換裝置,要求定位精度高,可靠性
6
好。
3.數(shù)控系統(tǒng)配置:
國內(nèi)企業(yè)常用數(shù)控系統(tǒng),主軸、進給均為交流伺服電機。為與
MES實現(xiàn)數(shù)據(jù)融合,通過在線檢測數(shù)據(jù)進行尺寸修正,要求開放動態(tài)
鏈接庫。
(三)在線測量裝置
1.集成在加工中心上,然后直接通過以太網(wǎng)獲取檢測數(shù)據(jù)。
2.基本技術(shù)參數(shù)如下:
(1)測針觸發(fā)方向:±X,±Y,+Z;
(2)測針各向觸發(fā)保護行程:XY±15°,Z+5mm;
(3)測針各向觸發(fā)力(出廠設(shè)置):XY=1.0N,Z=8.0N;
(4)測針任意單向觸發(fā)重復(fù)(2σ)精度:≤1μm;
(5)無線電信號傳輸范圍:≤10M;
(6)新電池(單班5%使用率)的工作天數(shù):150天;
(7)防護等級:IP67。
(四)氣動精密平口鉗
1.規(guī)格:5吋或6吋。
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.兼容φ35和φ68兩款產(chǎn)品
7
圖2氣動精密平口鉗
鉗口型式:V型,夾持直徑范圍Φ55-Φ70mm。
(五)工業(yè)機器人及夾具
1.機器人負(fù)載10-20kg以上、臂展1700mm左右。
2.機器人支持以太網(wǎng)接口。
3.機器人控制系統(tǒng)具有不小于16個I/O點。
(六)工業(yè)機器人導(dǎo)軌
1.結(jié)構(gòu)配備以下組成部分:
(1)伺服動力源:工業(yè)機器人自帶第七軸電機和高精密行星減
速機提供驅(qū)動,由工業(yè)機器人控制系統(tǒng)聯(lián)動控制;
(2)齒輪-齒條:高強度傳動,為工業(yè)機器人的滑動提供更精
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)機器人動力線、編碼器線、信號線等集中
保護;
(5)防護罩:工業(yè)機器人安裝滑板或風(fēng)琴罩等,保護導(dǎo)軌。
2.導(dǎo)軌總長度:≤5m。
8
3.最快行走速度:大于1.5m/m。
4.機器人滑板承重:大于500kg。
5.重復(fù)定位精度:高于±0.2mm。
6.導(dǎo)軌有效行程約:3800mm。
(七)工業(yè)機器人手爪及快換
圖3機器人快換手爪機器人側(cè)示意圖
圖4方料機器人快換工具側(cè)手爪示意圖
圖5棒料機器人快換工具側(cè)手爪示意圖
1.手爪采用機器人工具快換夾持系統(tǒng),由1套機器人側(cè)快換裝
9
置和3套工具側(cè)快換手爪組成,實現(xiàn)三種機器人手爪的快速更換。
2.機器人側(cè)快換裝置具備握緊、松開、有無料檢測功能,并具
備良好的氣密性。
3.每套工具側(cè)快換手爪配置有料無料傳感器。
(八)機器人快換夾具工作臺
圖6機器人快換夾具工作臺位置示意圖
機器人快換手爪放置臺置于機器人第七軸側(cè)面端,示意圖如圖6
所示。
圖7機器人快換夾具工作臺示意圖
10
1.快換夾具工作臺安裝靠近料倉側(cè)并與行走軸本體端固定;
2.快換夾具工作臺滿足3款手爪的放置功能,每個位置配置手
爪放置到位檢測傳感器;
3.快換夾具工作臺配置大底板和支撐腿立于地面上,不與地面
固定。機器人快換夾具工作臺示意圖如圖7所示。
(九)立體倉庫
1.帶有安全防護外罩及安全門,安全門設(shè)置工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的安全電
磁鎖。
2.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)、運行(綠色按鈕燈)。
3.立體倉庫工位設(shè)置30個,每層6個倉位,共5層,每個倉位
或標(biāo)準(zhǔn)托盤配置RFID標(biāo)簽,其中RFID讀寫頭安裝在工業(yè)機器人夾
具上。
4.立體倉庫每個倉位需要設(shè)置傳感器和狀態(tài)指示燈,傳感器用
于檢測該位置是否有工件,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);與主
控采用通訊。
5.如示意圖8所示,底層放置方料,中間兩層放置φ68圓料,
上面兩層放置φ35圓料。
11
圖8料倉示意圖
(十)可視化系統(tǒng)及顯示終端
1.功能要求:實時呈現(xiàn)加工中心、數(shù)控車床的運行狀態(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)計等。
2.顯示終端參數(shù)要求:
(1)總終端顯示采用1臺55英寸;
(2)庫位終端、加工過程顯示終端采用2臺40英寸顯示器。
顯示終端為國產(chǎn)知名品牌。
(十一)中央電氣控制系統(tǒng)
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)備及機器人控制,實現(xiàn)智能制造單元的流程和邏輯總控。
2.元件配置要求:
(1)主控PLC采用西門子S7-1200的CPU1215C/DC/DC/DC,配
有ModbusTC/IP通信模塊,并配置16路輸入和16路輸出模塊;
12
(2)配有16口工業(yè)交換機;
(3)外部配線接口必須采用航空插頭,方便設(shè)備拆裝移動;
(十二)MES軟件系統(tǒng)
1.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)機床啟停、初始化和管理。
(4)加工程序管理和上傳。
(5)在線檢測實時顯示和刀具補償修正。
(6)智能看板功能:實時監(jiān)控設(shè)備、立體倉庫信息以及機床刀
具監(jiān)控等。
(7)工單下達、排程、生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理、報表管理等。
注:MES系統(tǒng)功能及表現(xiàn)模式詳見管控軟件技術(shù)規(guī)范要求。
2.MES系統(tǒng)部署計算機要求如下:
(1)處理器:Inteli7同等以上處理器;
(2)內(nèi)存:≥8GB;
(3)硬盤:≥500GB可用空間;
(4)顯卡:獨立顯卡,顯存≥2GB;
(5)系統(tǒng)為windows7或者windows1064位版本。
(十三)安全防護系統(tǒng)
1.配置安全圍欄及帶工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)安全插銷的安全門,防止出現(xiàn)工
業(yè)機器人在自動運動過程中由于人員意外闖入而造成的安全事故。
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2.自動線外圍防護設(shè)計參賽選手出入的安全門,配備安全開關(guān),
安全門打開時,除CNC外的所有設(shè)備處于下電狀態(tài)。
3.尺寸:1.2m高度,黃色。
4.防護欄兩端均應(yīng)設(shè)置活動門,活動門應(yīng)設(shè)置門安全開關(guān)。
(十四)RFID讀寫器及RFID標(biāo)簽
RFID讀寫器及RFID標(biāo)簽滿足如下要求:
1.適應(yīng)于惡劣環(huán)境使用。
2.使用壽命長,數(shù)據(jù)性能穩(wěn)定。
3.對離散型制造業(yè)而言,要求RFIDTAG具備高安全性。
4.高壽命和高可靠性,壽命長達10年以上。
5.RFID標(biāo)簽共30個,其中放置在倉位上
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