年中國技能大賽--第二屆全國智能制造應用技術技能大賽“華中數控杯”山西賽區競賽主要設備技術標準1平臺簡介及布局以智能制造技術推廣應用實際與發展需求為設計依據，按照“設備自動化+生產精益化+管理信息化+人工高效化”的構建理念，將數控加工設備、工業機器人、檢測設備、數據信息采集管控設備等典型加工制造設備，集成為智能制造單元“硬件”系統，結合數字化設計技術、智能化控制技術、高效加工技術、工業物聯網技術、RFID數字信息技術等“軟件”的綜合運用，構成大賽技術平臺。技術平臺具備零件數字化設計和工藝規劃、加工過程實時制造數據采集、加工過程自動化、基于RFID加工狀態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平臺主視圖切削加工智能制造單元技術平臺結構圖如圖1-1、1-2所示，包含數控車床、加工中心、在線檢測單元、六軸多關節機器人、工業機器人導軌、立體倉庫、中央控制系統、MES系統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平臺俯視圖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名稱數量單位備注1數控車床1臺自動化改造，配攝像頭2加工中心（三軸）1臺自動化改造，配攝像頭、在線檢測3工業機器人1臺定制行走式機器人4機器人夾具1套三種夾具，配快換系統5機器人導軌1套有效行程3.8米，總長5米6立體倉庫1套設5層6列共30個倉位，含安全門、開關按鈕、RFID檢測設備、光電開關及指示燈7在線測量裝置1套用于加工中心8雄克零點定位系統1套用于加工中心8可視化系統及顯示終端3臺顯示機床運行狀態，工件加工情況、加工效果、加工日志、數據統計等9中央電氣控制系統（含無線路由器）1套負責周邊設備及機器人控制，實現智能制造單元的流程和邏輯總控10安全防護系統1套防止意外闖入、保護人員安全11RFID讀寫器及RFID芯片1套工件加工狀態、加工信息等的讀寫12編程和設計工位計算機2臺參考具體技術參數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軟件名稱數量單位硬件配置基本功能1MES軟件系統1套工控機+觸摸屏訂單管理功能、機床監控、加工程序管理等2總控PLC軟件1套智能產線總控系統（工控機+觸摸屏）負責周邊設備及機器人控制，實現智能制造單元的流程和邏輯總控3智能制造仿真軟件1套編程和設計工位計算機1套單元設備模擬，虛擬安裝調試，布局優化4CAD/CAM軟件1套編程和設計工位計算機1套三維模型設計和編程，編制零件加工工藝并上傳MES系統3智能制造單元硬件設備介紹切削加工智能制造單元技術平臺主要設備的技術參數如下：3.1數控車床及數控系統3.1.1數控車床技術配置：（1）數控車床為寶雞CK40S；（2）數控車床為斜床身結構，正面配自動門，配自動吹掃裝置，配以太網接口；（3）自動冷卻，自動潤滑，鏈板排屑；（4）數控車床的內存容量大于5K，且有數據磁盤；（5）有自動化接口，能實現數控車床的遠程啟動、程序可上傳到車床內存，能獲取車床的狀態信息、機床的模式、主軸的位置信息；（6）數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，其狀態可以通過網絡反饋給工控機；（7）數控車床能夠停在原點位置并把原點狀態通過網絡傳輸給工控機;（8）機床內置攝像頭，鏡頭前裝有氣動清潔噴嘴。3.1.2數控系統配置數控車床配華中數控HNC-818T數控系統，主軸、進給均為交流伺服電機。3.1.3數控車床參數表3-1CK40S數控車床主要技術參數項目單位規格加工范圍床身上最大回轉直徑mmΦ400床鞍上最大回轉直徑mmΦ260推薦車削直徑/長度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）主軸錐孔規格MTNo.6主軸通孔直徑mmΦ57主軸軸承直徑(前/后)mmΦ90/Φ80主軸轉速r/min70-3000主電機功率(連續/30分鐘)kW7.5/11尾座套筒直徑/行程mmΦ70/80標準結構頂尖錐度MTNo.4床鞍傾斜角度DEG45°移動距離X/Zmm165/410快速移動速度X/Zm/min12/16伺服電機扭矩X/ZNm11/20滾珠絲杠直徑X/ZmmΦ28/Φ40刀架刀位數8刀具尺寸（車削/鏜孔）mm20×20/Φ32其它電源kVA35體積（長×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加工中心及數控系統3.2.1加工中心技術配置：（1）加工中心為寶雞VMC850L；（2）加工中心正面配自動門，配自動吹掃裝置，配以太網接口；（3）自動冷卻，自動潤滑，鏈板排屑；（4）數控機床的內存容量大于5K，且有數據磁盤；（5）有自動化接口，能實現加工中心的遠程啟動、程序可上傳到機床內存，能獲取機床的狀態信息、機床的模式、主軸的位置信息；（6）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，其狀態可以通過網絡反饋給工控機；（7）加工中心能夠停在原點位置并把原點狀態通過網絡傳輸給工控機;（8）機床內置攝像頭，鏡頭前裝有氣動清潔噴嘴。3.2.2數控系統配置數控車床配華中數控HNC-818B數控系統，主軸、進給均為交流伺服電機。3.2.3加工中心參數表3-2VMC850L加工中心主要技術參數項目規格工作臺外形尺寸（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）主軸轉速（r/min）8000拉釘型號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軌距離（mm）560主軸端面至工作臺面距離（mm）80-680進給（直聯）最高進給速度（X/Y/Z）（mm/min）10000快速移動速度（X/Y/Z）（m/min）24/24/15X、Y、Z軸電機功率（kW）≥1.8刀庫刀庫容量（把）24/凸輪機械手最大刀具重量（kg）8最大刀具尺寸（mm）Φ80×250其他電源（kVA）20機床毛重（kg）（VMC/MVC）7000/6500機床凈重（kg）（VMC/MVC）6500/6000氣源流量（L/min）250氣壓（MPa）0.5-0.7體積（長×寬×高）mm2800×2450×28003.3工業機器人及夾具3.3.1工業機器人為了能適應狹小、多點位、高靈活性工作要求，需要配置高性能六關節機器人，以適應不同場合的復雜工況要求。本項目中根據工件加工流程、加工機床及設備功能和布局選擇華數機器人，型號為HSR-JR620L，負載20kg，工作范圍1848mm。圖3-1工業機器人活動范圍圖3-2工業機器人安裝尺寸

表3-3HSR-JR620L性能參數圖3-3工業機器人3.2.2機器人夾具（1）手爪采用氣動手指；（2）使用快換交換夾具系統切換兩套夾具；（3）手爪安裝擴散反射型光電開關，可檢測機器人手爪有無抓取工件狀態（有工件/無工件）；（4）快速交換夾具機械手側安裝RFID一體式讀寫器，可讀寫加工信息和加工狀態。圖3-4機器人夾具3.4機器人導軌3.4.1結構配備以下組成部分：（1）伺服動力源：工業機器人自帶第七軸電機和高精密行星減速機提供驅動，由工業機器人控制系統聯動控制；（2）齒輪-齒條：高強度傳動，為工業機器人的滑動提供更精密的定位；（3）直線導軌組：重載型導軌副，可使行走精度得到更有效控制；（4）坦克鏈：將工業機器人動力線、編碼器線、信號線等集中保護；（5）防護罩：工業機器人安裝鈑金護罩，保護導軌。3.4.2導軌技術參數表3-4導軌技術參數序號項目參數備注1寬度920mm2工作面高度350mm3有效長度3.8m整個長度不超過5m4驅動方式伺服電機+減速機5傳動方式齒輪齒條6控制方式機器人示教器控制7線速度最大速度大于1.5m/s9潤滑方式手動潤滑泵10負載大于500kg11重復定位精度±0.2mm12安裝后導軌平面度±0.3mm圖3-5機器人導軌3.5立體倉庫立體倉庫配置：（1）帶有安全防護外罩及安全門，安全門設置工業標準的安全電磁鎖。立體倉庫的操作面板配備急停開關、解鎖許可（綠色燈）、門鎖解除（綠色按鈕）、運行（綠色按鈕燈）；（2）立體倉庫工位設置30個，每層6個倉位，共5層，每個倉位配置RFID芯片，其中RFID讀寫頭安裝在工業機器人夾具上。立體倉庫每個倉位需要設置傳感器和狀態指示燈，傳感器用于檢測該位置是否有工件，狀態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；485數據通訊；（3）尺寸：長x寬x高約為：1260mmx340mmx1800mm。圖3-6立體料倉3.6在線測量裝置3.6.1規格：漢莫歐AMP-40，集成在加工中心上。3.6.2基本技術參數如下：（1）測針觸發方向：±X,±Y,+Z；（2）測針各向觸發保護行程：XY±15°,Z+5mm；（3）測針各向觸發力（出廠設置）：XY=1.0N,Z=8.0N；（4）測針任意單向觸發重復（2σ）精度：≤1μm；（5）防護等級：IP67。圖3-7測頭3.7快速定位夾具系統圖3-8快速定位夾具系統3.8氣動精密平口鉗（1）規格：臺灣鷹牌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）；（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可視化系統及顯示終端3.9.1功能：實時呈現加工中心、數控車床的運行狀態，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，數據統計等。3.9.2顯示終端參數：（1）品牌：創維；（2）總終端顯示采用1臺55英寸；（3）庫位終端、加工過程顯示終端采用2臺40英寸顯示器。3.10中央電氣控制系統3.10.1中央控制系統包含PLC電氣控制及I/O通訊系統，主要負責周邊設備及機器人控制，實現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，技術指標：1）125KB工作存儲器；2）24VDC電源，板載DI14x24VDC漏型/源型，DQ10x24VDC及AI2和AQ2；3）板載6個高速計數器和4個脈沖輸出；4）信號板擴展板載I/O；多達3個通信模塊用于串行通信；5）多達8個信號模塊用于I/O擴展；6）0.04ms/1000條指令；2個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點輸入和16點輸出擴展I/O模塊；（4）采用西門子7寸觸摸屏，技術指標：800x480像素，16M色；1xMPI/PROFIBUSDP，1x支持MRP和RT/IRT的PROFINET/工業以太網接口（2個端口）；2x多媒體卡插槽；3xUSB；（5）配有16口工業交換機；（6）外部配線接口采用航空插頭，方便設備拆裝移動；（7）電控系統尺寸：650mmx420mmx980mm。圖3-10總控柜現場圖3.11安全防護系統3.11.1設置安全圍欄及帶工業標準安全插銷的安全門，用來防止出現工業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。3.11.2自動線外圍防護設計參賽選手出入的安全門，配備安全開關，安全門打開時，除CNC外的所有設備處于下電狀態，根據場地要求，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3.13MES硬件系統計算機配置如下：（1）工控機采用DELL3420小機箱式工控機；（2）配置雙網卡；（3）21.5寸液晶顯示器；3.14編程和設計工位計算機計算機配置如下：（1）電腦型號：聯想啟天M410；（2）處理器：i7-7700（3）內存：≥8GB；（3）硬盤：1T可用空間；（4）顯卡：獨立顯卡，顯存2GB；（5）系統為windows1064位版本；（6）21.5寸液晶顯示器。4智能制造單元軟件設備介紹4.1MES軟件系統MES軟件系統具有如下功能：（1）加工任務創建、加工任務管理；（2）立體倉庫管理和監控；（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：實時監控設備、立體倉庫信息以及機床刀具監控等；（7）工單下達、排程、生產數