數(shù)控機(jī)床電氣柜裝配輔助平臺的設(shè)計與應(yīng)用

侯軍燕

摘要：針對目前數(shù)控機(jī)床電氣柜裝配過程規(guī)范性和合理性不足的特點(diǎn)，建立了數(shù)控機(jī)床電氣柜裝配輔助平臺。將各類數(shù)控系統(tǒng)的電氣柜裝配文件和工藝紙圖分類導(dǎo)入輔助平臺，提取其中所用的電氣件和它的參數(shù)要求，放入數(shù)據(jù)表中;分析現(xiàn)有的電氣技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，建立安裝規(guī)范庫和導(dǎo)線制件配線庫。在電氣柜裝配過程，生產(chǎn)人員可通過輔助平臺的步驟提示、配線規(guī)范示范、檢驗技術(shù)等信息，快速地完成電氣柜裝配，有效地提升電氣柜的穩(wěn)定性。

Abstract： Aiming at the lack of standardization and rationality in the assembly process of the electric cabinet of CNC machine tools， an auxiliary assembly platform for the electric cabinet of CNC machine tools was established.Import the electrical cabinet assembly documents and process paper drawings of various types of numerical control system into the auxiliary platform. extract the electrical parts used and their parameter requirements， and put them into the data table;Analyze the existing electrical technical specifications and standards， establish the installation specification library and wiring library of wire parts.In the assembly process of the electric cabinet， the production personnel can quickly complete the assembly of the electric cabinet and effectively improve the stability of the electric cabinet through the information such as step tips of the auxiliary platform， wiring specification demonstration， inspection technology and so on.

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床;電氣柜裝配;數(shù)據(jù)庫;輔助平臺

Key words： CNC machine tool;electrical cabinet assembly;database;auxiliary platform

中圖分類號：TG519.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）11-0098-03

0? 引言

數(shù)控機(jī)床電氣柜是數(shù)控機(jī)床的重要的電氣控制部分，是數(shù)控機(jī)床的機(jī)構(gòu)部分與自動化控制部分連接的橋梁。電氣柜在安裝和生產(chǎn)過程中有許多技術(shù)要求和工藝規(guī)范，如電氣元件的型號、規(guī)格和尺寸的選擇、元?dú)饧奈恢?、?dǎo)線截面積等，在電氣設(shè)計圖和工藝文件中均有體現(xiàn)。但在實(shí)際裝配和生產(chǎn)過程中，缺少裝配過程細(xì)節(jié)體現(xiàn)，如元?dú)饧g走線先后順序、每個線端子壓線的標(biāo)準(zhǔn)操作和線束捆綁要求等細(xì)節(jié)工藝要求，沒有辦法通過圖紙具體體現(xiàn)。很多時候由現(xiàn)場師傅手把手經(jīng)驗傳授，導(dǎo)致不同廠家有不同的電氣柜工藝和布線要求，不同型號的數(shù)控機(jī)床電氣柜裝配也不盡相同，給后期數(shù)控機(jī)床的維護(hù)和調(diào)試人員帶有很大困惑。因此，設(shè)計可以幫助生產(chǎn)人員完成電氣柜裝配的輔助平臺尤為重要。

1? 電氣柜裝配輔助平臺總體設(shè)計

電氣柜裝配輔助平臺總體設(shè)計由電氣柜布局設(shè)計、電氣件安裝、導(dǎo)線制作、配線連接和檢驗五個主要環(huán)節(jié)，元件種類庫、導(dǎo)線類型庫、配線制作庫和檢驗方法庫提供了豐富的數(shù)據(jù)信息，電氣柜裝配輔助平臺在裝配過程中有專業(yè)人員全程參與，進(jìn)行人機(jī)交互對話。電氣柜裝配輔助平臺設(shè)計原理圖如圖1所示。

在生產(chǎn)人員在裝配電氣柜時，通過輔助平臺，找出符合數(shù)控機(jī)床要求的布局設(shè)計，選出合適的布局方案，導(dǎo)出電氣設(shè)計圖紙和裝配工藝文件，按要求選擇導(dǎo)線顏色和型號，遵循導(dǎo)線制作規(guī)范和配線連接規(guī)范，進(jìn)行壓線和配線，最后對成品電氣柜進(jìn)行合格檢驗。

2? 數(shù)控機(jī)床電氣柜裝配分析及數(shù)據(jù)庫構(gòu)建

2.1 電氣柜類型及電氣柜布局庫構(gòu)建

數(shù)控機(jī)床中的電氣柜內(nèi)部有機(jī)床所需強(qiáng)電控制的各種電氣元件，有提供數(shù)控、伺服等弱電控制單元的輸入電源，有電氣輸入的短路、過載和欠壓等保護(hù)裝置，有為PLC的輸出接口與機(jī)床執(zhí)行元?dú)饧⒙?lián)結(jié)的專用繼電器組，這些所需的元?dú)饧技性陔姎夤駜?nèi)，通過元件之間的線路結(jié)合，控制機(jī)床的主軸、XZ軸各種電動機(jī)運(yùn)動系統(tǒng)等。

數(shù)控機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)（包括型號）不同，對應(yīng)的電氣柜配置也不一樣。如常見的FAUNC系統(tǒng)中Oi系列中，伺服主軸連接有模擬主軸和伺服主軸兩種方式，模擬主軸需要在電氣柜內(nèi)部配置變頻器，而伺服主軸則不需要。除了FAUNC數(shù)控系統(tǒng)外，還有西門子系統(tǒng)、華中數(shù)控、廣州數(shù)控等數(shù)控系統(tǒng)，針對普通數(shù)控機(jī)床，對不同的數(shù)控系統(tǒng)和各種型號進(jìn)行編號，分析對比不同的數(shù)控系統(tǒng)和其電氣安裝圖，分類統(tǒng)計出對應(yīng)的電氣柜布局圖，電氣柜裝配工藝圖，建立電氣柜布局庫。

2.2 電氣元件選配及電氣元件安裝規(guī)則庫構(gòu)建

電氣柜中的元?dú)饧鶓?yīng)符合設(shè)計圖紙和柜布線裝配工藝文件要求，在選用元?dú)饧r，元件的屬性應(yīng)與設(shè)計和裝配要求一致。如果選用的元件參數(shù)距使用要求過遠(yuǎn)，可能起不到必要功能和保護(hù)作用，還升高了電氣柜的生產(chǎn)成本，因此在電氣件的選配時，應(yīng)綜合考慮元件的內(nèi)部（型號、參數(shù)等本身屬性）和外部（安裝距離、更換條件和連接方法）的各個因素，選擇最匹配的元?dú)饧?/p>

根據(jù)不同數(shù)控系統(tǒng)電氣柜和柜布線裝配工藝文件，統(tǒng)計每種系統(tǒng)對應(yīng)電氣柜的內(nèi)部的電氣元件，將元件的廠商、型號、規(guī)格、安裝位置、使用方法等與數(shù)據(jù)庫的字段聯(lián)系起來，建立電氣元件安裝規(guī)則庫。設(shè)有定時更新提醒設(shè)置，通過增加新出廠的元件，及時補(bǔ)充最新的元件信息;同時增加多個備選元件庫，方便電氣柜在后期調(diào)試和維修中元件快速更換。

2.3 導(dǎo)線制作、配線及數(shù)據(jù)庫構(gòu)建

一般情況下設(shè)計布線圖紙中均有導(dǎo)線參數(shù)的規(guī)定，如顏色、線徑和壓線端子頭規(guī)格。當(dāng)文件中沒有明確說明時，導(dǎo)線的選擇應(yīng)用遵循國家機(jī)械電氣安全設(shè)備通用技術(shù)條件國家標(biāo)準(zhǔn)，如導(dǎo)線顏色黑、紅、藍(lán)應(yīng)分別對應(yīng)動力回路電路、交流控制電路和直流控制電路，電路導(dǎo)線截面積與電路的額定電流、接地導(dǎo)線的截面積應(yīng)一致，壓線端子的型號選擇等。電氣柜內(nèi)部配線連接較為復(fù)雜，很容易出現(xiàn)強(qiáng)弱電交叉、走線過長、導(dǎo)線連接松動等問題，主要原因是配線連接規(guī)范細(xì)節(jié)較多，在配線過程中很容易遺漏一些規(guī)范要求，給調(diào)試帶來故障隱患。

綜合導(dǎo)線制件和電氣柜配線要求，把元件安裝規(guī)范、制作規(guī)范、配線連接規(guī)范細(xì)化到每個元?dú)饧?，把元件的屬性與數(shù)據(jù)表字段聯(lián)系起來，建立導(dǎo)線制作庫和導(dǎo)線配線庫。在裝配電氣柜時，當(dāng)需要連接某根導(dǎo)線時，可以同步從數(shù)據(jù)庫中顯示該導(dǎo)線的顏色、線徑、端子頭壓接部分、配線路徑等信息，輔助生產(chǎn)人員按要求正確配線，也方便檢驗配線的合格性。

配線長度是生產(chǎn)人員在裝配時最不容易把握的一點(diǎn)，如果過長造成線路的浪費(fèi)，如果預(yù)設(shè)長度過短則不能良好的連接兩個元件。接線國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：線徑不超過6mm2時，配線長度不能過長20mm，線徑大于6mm2時，配線長度應(yīng)控制不能過長10mm。電氣柜裝配輔助平臺可以在裝配文件中指定配線起點(diǎn)和配線終點(diǎn)坐標(biāo)，利用曼哈頓距離計算公式：

快速計算需要長度，避免了估算造成的誤差過大，增加了耗材成本。

2.4 電氣柜檢驗及檢測方法數(shù)據(jù)庫構(gòu)建

當(dāng)完成電氣柜裝配后，要進(jìn)行相應(yīng)的檢驗，以保證電氣柜正常工作。一般情況需要通電前檢測、短路檢測和通電后檢測三個階段，每個階段又有若干步驟組成。將這些步驟和檢測要求存入數(shù)據(jù)表中，建立檢測方法數(shù)據(jù)庫，在成品驗收時可以由裝配輔助平臺提供檢測方案和操作方法視頻，專業(yè)人員僅需按照步驟完成檢驗，并把結(jié)果記錄在平臺驗收表中，生成檢驗證書。

3? 電氣柜裝配輔助平臺功能及應(yīng)用

3.1 電氣柜裝配輔助平臺功能設(shè)計流程圖

電氣柜裝配輔助平臺中引入了豐富的電氣柜布局文件和裝配工藝圖紙，從元件選用、安裝和連接，到導(dǎo)線制作、配線連接，到最后成品檢驗，幫助生產(chǎn)人員在整個過程中按步驟、逐個環(huán)節(jié)、高效地完成電氣柜裝配。電氣柜裝配輔助平臺工作流程如圖2。

3.2 電氣柜裝配輔助平臺應(yīng)用

下面以FANUC 0i Mate系列的數(shù)控機(jī)床電氣柜裝配為例，說明電氣柜裝配輔助平臺的使用功能。

首先，打開輔助平臺主界面，使用本次裝配負(fù)責(zé)人的賬號和密碼登錄。登錄平臺后，查看數(shù)控機(jī)床使用的數(shù)控系統(tǒng)CNC型號、廠商，主軸、XZ軸的驅(qū)動方式，在輔助平臺打開相應(yīng)的電氣柜裝配圖紙和工藝文件。下一步進(jìn)入元件選擇窗口。

在元件核對窗口中，主要核對圖紙要求元?dú)饧c實(shí)際有的元?dú)饧欠褚恢隆Ｌ貏e在型號、參數(shù)（許可輸入輸出電壓、功率）方面應(yīng)仔細(xì)對照。如不一樣，還要打開備選元件庫查看是否為備選元件。如與圖紙要求一致，則可進(jìn)入一下導(dǎo)線制作和配線連接窗口（見圖3）。

由于導(dǎo)線制作和配線是交叉進(jìn)行的，即制作一條導(dǎo)線，配線連接在兩元件之間，然后再制作，再配線。反復(fù)進(jìn)行，直至完成所有配線。在導(dǎo)線制作和配線連接窗口中，可以點(diǎn)擊安裝圖紙上的任何一根連線，由輔助平臺分析計算，導(dǎo)出該連線的顏色、線徑、壓線端子、走線路徑等參數(shù)，如果有多個分支，平臺還會給出分支節(jié)點(diǎn)位置，連接方法等，生產(chǎn)人員僅需按照平臺給出的步驟，分步驟完成即可，如果在操作過程中有疑問，也可打開相應(yīng)的指導(dǎo)視頻觀看和模擬操作步驟。

當(dāng)所有任務(wù)完成后，可進(jìn)入成品檢驗窗口，在該窗口中，提供了多種檢驗方法，通過檢測技術(shù)，需要生產(chǎn)人員在平臺上記錄檢測過程中使用的檢測方法、檢測儀表、檢測結(jié)果，最后生成檢測報告文件，由負(fù)責(zé)人審核判斷該電氣柜裝配是否合格。

4? 結(jié)論

通過電氣柜裝配輔助平臺，生產(chǎn)人員能快速定位所要裝配的數(shù)控機(jī)床電氣柜類型，準(zhǔn)確地篩選適合的電氣元件;有裝配輔助平臺的幫助，可以綜合考慮元?dú)饧惭b規(guī)范要求、導(dǎo)線制作規(guī)范要求和配線連接規(guī)范要求，規(guī)范元?dú)饧陌惭b、壓線和線路連接操作;通過平臺提供的多種檢驗方法，可快速的、全面的檢測成品電氣柜的合格性;輔助平臺的還可作為電氣柜參數(shù)的備忘錄，隨時可查看電氣柜的各種信息?？傊?，電氣柜裝配輔助平臺的使用，規(guī)范了電氣柜的安裝作業(yè)流程，提高了生產(chǎn)人員的裝配效率，具有較高的實(shí)際應(yīng)用價值。

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