第二屆全國(guó)智能制造應(yīng)用技術(shù)技能大賽決賽 切削加工智能制造單元主要設(shè)備技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

附件1：

2018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

切削加工智能制造單元

主要設(shè)備技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

全國(guó)組委會(huì)技術(shù)工作委員會(huì)

二零一八年九月二十日

1

2018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

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所示，包含數(shù)控

車(chē)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。

2

圖1切削加工智能制造單元技術(shù)平臺(tái)總布局示意圖

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(chēng)數(shù)量單位備注

1數(shù)控車(chē)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)

6零點(diǎn)快換裝置1套參考具體技術(shù)參數(shù)

7工業(yè)機(jī)器人導(dǎo)軌1套參考具體技術(shù)參數(shù)

8工業(yè)機(jī)器人快換夾具工作臺(tái)1套參考具體技術(shù)參數(shù)

9立體倉(cāng)庫(kù)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(tái)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(jì)算機(jī)）1套參考具體技術(shù)參數(shù)

13安全防護(hù)系統(tǒng)1套參考具體技術(shù)參數(shù)

14RFID讀寫(xiě)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(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(chē)床及數(shù)控系統(tǒng)

1.數(shù)控車(chē)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。

2.數(shù)控車(chē)床其他要求：

（1）數(shù)控車(chē)床有以太網(wǎng)接口；

4

（2）數(shù)控車(chē)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(chē)床的遠(yuǎn)程啟動(dòng)、程序可上

傳到車(chē)床內(nèi)存，能獲取車(chē)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(chē)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(chē)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）。

3.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)

1.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；

5

（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)平口鉗和零點(diǎn)快換裝置的氣源和控制接口；

（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。

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(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）；

（7）安裝品牌廠商的零點(diǎn)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(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)。為與

MES實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)融合，通過(guò)在線檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行尺寸修正，要求開(kāi)放動(dòng)態(tài)

鏈接庫(kù)。

（三）在線測(cè)量裝置

1.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)。

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）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

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(dòng)精密平口鉗

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

1.機(jī)器人負(fù)載10-20kg以上、臂展1700mm左右。

2.機(jī)器人支持以太網(wǎng)接口。

3.機(jī)器人控制系統(tǒng)具有不小于16個(gè)I/O點(diǎn)。

（六）工業(yè)機(jī)器人導(dǎo)軌

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。

2.導(dǎo)軌總長(zhǎng)度：≤5m。

8

3.最快行走速度：大于1.5m/m。

4.機(jī)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(jī)器人手爪及快換

圖3機(jī)器人快換手爪機(jī)器人側(cè)示意圖

圖4方料機(jī)器人快換工具側(cè)手爪示意圖

圖5棒料機(jī)器人快換工具側(cè)手爪示意圖

1.手爪采用機(jī)器人工具快換夾持系統(tǒng)，由1套機(jī)器人側(cè)快換裝

9

置和3套工具側(cè)快換手爪組成，實(shí)現(xiàn)三種機(jī)器人手爪的快速更換。

2.機(jī)器人側(cè)快換裝置具備握緊、松開(kāi)、有無(wú)料檢測(cè)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(wú)料傳感器。

（八）機(jī)器人快換夾具工作臺(tái)

圖6機(jī)器人快換夾具工作臺(tái)位置示意圖

機(jī)器人快換手爪放置臺(tái)置于機(jī)器人第七軸側(cè)面端，示意圖如圖6

所示。

圖7機(jī)器人快換夾具工作臺(tái)示意圖

10

1.快換夾具工作臺(tái)安裝靠近料倉(cāng)側(cè)并與行走軸本體端固定；

2.快換夾具工作臺(tái)滿足3款手爪的放置功能，每個(gè)位置配置手

爪放置到位檢測(cè)傳感器；

3.快換夾具工作臺(tái)配置大底板和支撐腿立于地面上，不與地面

固定。機(jī)器人快換夾具工作臺(tái)示意圖如圖7所示。

（九）立體倉(cāng)庫(kù)

1.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。

2.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）。

3.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

或標(biāo)準(zhǔn)托盤(pán)配置RFID標(biāo)簽，其中RFID讀寫(xiě)頭安裝在工業(yè)機(jī)器人夾

具上。

4.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(chē)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(cāng)示意圖

（十）可視化系統(tǒng)及顯示終端

1.功能要求：實(shí)時(shí)呈現(xiàn)加工中心、數(shù)控車(chē)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。

2.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。

（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(jī)器人控制，實(shí)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(mén)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(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)；

（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(cāng)庫(kù)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(cāng)庫(kù)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)據(jù)管理、報(bào)表管理等。

注：MES系統(tǒng)功能及表現(xiàn)模式詳見(jiàn)管控軟件技術(shù)規(guī)范要求。

2.MES系統(tǒng)部署計(jì)算機(jī)要求如下：

（1）處理器：Inteli7同等以上處理器；

（2）內(nèi)存：≥8GB；

（3）硬盤(pán)：≥500GB可用空間；

（4）顯卡：獨(dú)立顯卡，顯存≥2GB；

（5）系統(tǒng)為windows7或者windows1064位版本。

（十三）安全防護(hù)系統(tǒng)

1.配置安全圍欄及帶工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)安全插銷(xiāo)的安全門(mén)，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。

13

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)。

3.尺寸：1.2m高度，黃色。

4.防護(hù)欄兩端均應(yīng)設(shè)置活動(dòng)門(mén)，活動(dòng)門(mén)應(yīng)設(shè)置門(mén)安全開(kāi)關(guān)。

（十四）RFID讀寫(xiě)器及RFID標(biāo)簽

RFID讀寫(xiě)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(zhǎng)，數(shù)據(jù)性能穩(wěn)定。

3.對(duì)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(zhǎng)達(dá)10年以上。

5.RFID標(biāo)簽共30個(gè)，其中放置在倉(cāng)位上