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摘要：针对目前数控机床电气柜装配过程规范性和合理性不足的特点，建立了数控机床电气柜装配辅助平台。将各类数控系统的电气柜装配文件和工艺纸图分类导入辅助平台，提取其中所用的电气件和它的参数要求，放入数据表中;分析现有的电气技术规范标准，建立安装规范库和导线制件配线库。在电气柜装配过程，生产人员可通过辅助平台的步骤提示、配线规范示范、检验技术等信息，快速地完成电气柜装配，有效地提升电气柜的稳定性。
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.
关键词：数控机床;电气柜装配;数据库;辅助平台
Key words： CNC machine tool;electrical cabinet assembly;database;auxiliary platform
中图分类号：TG519.1 文献标识码：A 文章编号：1674-957X（2021）11-0098-03
0 引言
数控机床电气柜是数控机床的重要的电气控制部分，是数控机床的机构部分与自动化控制部分连接的桥梁。电气柜在安装和生产过程中有许多技术要求和工艺规范，如电气元件的型号、规格和尺寸的选择、元气件的位置、导线截面积等，在电气设计图和工艺文件中均有体现。但在实际装配和生产过程中，缺少装配过程细节体现，如元气件之间走线先后顺序、每个线端子压线的标准操作和线束捆绑要求等细节工艺要求，没有办法通过图纸具体体现。很多时候由现场师傅手把手经验传授，导致不同厂家有不同的电气柜工艺和布线要求，不同型号的数控机床电气柜装配也不尽相同，给后期数控机床的维护和调试人员带有很大困惑。因此，设计可以帮助生产人员完成电气柜装配的辅助平台尤为重要。
1 电气柜装配辅助平台总体设计
电气柜装配辅助平台总体设计由电气柜布局设计、电气件安装、导线制作、配线连接和检验五个主要环节，元件种类库、导线类型库、配线制作库和检验方法库提供了丰富的数据信息，电气柜装配辅助平台在装配过程中有专业人员全程参与，进行人机交互对话。电气柜装配辅助平台设计原理图如图1所示。
在生产人员在装配电气柜时，通过辅助平台，找出符合数控机床要求的布局设计，选出合适的布局方案，导出电气设计图纸和装配工艺文件，按要求选择导线颜色和型号，遵循导线制作规范和配线连接规范，进行压线和配线，最后对成品电气柜进行合格检验。
2 数控机床电气柜装配分析及数据库构建
2.1 电气柜类型及电气柜布局库构建
数控机床中的电气柜内部有机床所需强电控制的各种电气元件，有提供数控、伺服等弱电控制单元的输入电源，有电气输入的短路、过载和欠压等保护装置，有为PLC的输出接口与機床执行元气件建立联结的专用继电器组，这些所需的元气件都集中在电气柜内，通过元件之间的线路结合，控制机床的主轴、XZ轴各种电动机运动系统等。
数控机床数控系统（包括型号）不同，对应的电气柜配置也不一样。如常见的FAUNC系统中Oi系列中，伺服主轴连接有模拟主轴和伺服主轴两种方式，模拟主轴需要在电气柜内部配置变频器，而伺服主轴则不需要。除了FAUNC数控系统外，还有西门子系统、华中数控、广州数控等数控系统，针对普通数控机床，对不同的数控系统和各种型号进行编号，分析对比不同的数控系统和其电气安装图，分类统计出对应的电气柜布局图，电气柜装配工艺图，建立电气柜布局库。 2.2 电气元件选配及电气元件安装规则库构建
电气柜中的元气件均应符合设计图纸和柜布线装配工艺文件要求，在选用元气件时，元件的属性应与设计和装配要求一致。如果选用的元件参数距使用要求过远，可能起不到必要功能和保护作用，还升高了电气柜的生产成本，因此在电气件的选配时，应综合考虑元件的内部（型号、参数等本身属性）和外部（安装距离、更换条件和连接方法）的各个因素，选择最匹配的元气件。
根据不同数控系统电气柜和柜布线装配工艺文件，统计每种系统对应电气柜的内部的电气元件，将元件的厂商、型号、规格、安装位置、使用方法等与数据库的字段联系起来，建立电气元件安装规则库。设有定时更新提醒设置，通过增加新出厂的元件，及时补充最新的元件信息;同时增加多个备选元件库，方便电气柜在后期调试和维修中元件快速更换。
2.3 导线制作、配线及数据库构建
一般情况下设计布线图纸中均有导线参数的规定，如颜色、线径和压线端子头规格。当文件中没有明确说明时，导线的选择应用遵循国家机械电气安全设备通用技术条件国家标准，如导线颜色黑、红、蓝应分别对应动力回路电路、交流控制电路和直流控制电路，电路导线截面积与电路的额定电流、接地导线的截面积应一致，压线端子的型号选择等。电气柜内部配线连接较为复杂，很容易出现强弱电交叉、走线过长、导线连接松动等问题，主要原因是配线连接规范细节较多，在配线过程中很容易遗漏一些规范要求，给调试带来故障隐患。
综合导线制件和电气柜配线要求，把元件安裝规范、制作规范、配线连接规范细化到每个元气件，把元件的属性与数据表字段联系起来，建立导线制作库和导线配线库。在装配电气柜时，当需要连接某根导线时，可以同步从数据库中显示该导线的颜色、线径、端子头压接部分、配线路径等信息，辅助生产人员按要求正确配线，也方便检验配线的合格性。
配线长度是生产人员在装配时最不容易把握的一点，如果过长造成线路的浪费，如果预设长度过短则不能良好的连接两个元件。接线国家标准规定：线径不超过6mm2时，配线长度不能过长20mm，线径大于6mm2时，配线长度应控制不能过长10mm。电气柜装配辅助平台可以在装配文件中指定配线起点和配线终点坐标，利用曼哈顿距离计算公式：
快速计算需要长度，避免了估算造成的误差过大，增加了耗材成本。
2.4 电气柜检验及检测方法数据库构建
当完成电气柜装配后，要进行相应的检验，以保证电气柜正常工作。一般情况需要通电前检测、短路检测和通电后检测三个阶段，每个阶段又有若干步骤组成。将这些步骤和检测要求存入数据表中，建立检测方法数据库，在成品验收时可以由装配辅助平台提供检测方案和操作方法视频，专业人员仅需按照步骤完成检验，并把结果记录在平台验收表中，生成检验证书。
3 电气柜装配辅助平台功能及应用
3.1 电气柜装配辅助平台功能设计流程图
电气柜装配辅助平台中引入了丰富的电气柜布局文件和装配工艺图纸，从元件选用、安装和连接，到导线制作、配线连接，到最后成品检验，帮助生产人员在整个过程中按步骤、逐个环节、高效地完成电气柜装配。电气柜装配辅助平台工作流程如图2。
3.2 电气柜装配辅助平台应用
下面以FANUC 0i Mate系列的数控机床电气柜装配为例，说明电气柜装配辅助平台的使用功能。
首先，打开辅助平台主界面，使用本次装配负责人的账号和密码登录。登录平台后，查看数控机床使用的数控系统CNC型号、厂商，主轴、XZ轴的驱动方式，在辅助平台打开相应的电气柜装配图纸和工艺文件。下一步进入元件选择窗口。
在元件核对窗口中，主要核对图纸要求元气件与实际有的元气件是否一致。特别在型号、参数（许可输入输出电压、功率）方面应仔细对照。如不一样，还要打开备选元件库查看是否为备选元件。如与图纸要求一致，则可进入一下导线制作和配线连接窗口（见图3）。
由于导线制作和配线是交叉进行的，即制作一条导线，配线连接在两元件之间，然后再制作，再配线。反复进行，直至完成所有配线。在导线制作和配线连接窗口中，可以点击安装图纸上的任何一根连线，由辅助平台分析计算，导出该连线的颜色、线径、压线端子、走线路径等参数，如果有多个分支，平台还会给出分支节点位置，连接方法等，生产人员仅需按照平台给出的步骤，分步骤完成即可，如果在操作过程中有疑问，也可打开相应的指导视频观看和模拟操作步骤。
当所有任务完成后，可进入成品检验窗口，在该窗口中，提供了多种检验方法，通过检测技术，需要生产人员在平台上记录检测过程中使用的检测方法、检测仪表、检测结果，最后生成检测报告文件，由负责人审核判断该电气柜装配是否合格。
4 结论
通过电气柜装配辅助平台，生产人员能快速定位所要装配的数控机床电气柜类型，准确地筛选适合的电气元件;有装配辅助平台的帮助，可以综合考虑元气件安装规范要求、导线制作规范要求和配线连接规范要求，规范元气件的安装、压线和线路连接操作;通过平台提供的多种检验方法，可快速的、全面的检测成品电气柜的合格性;辅助平台的还可作为电气柜参数的备忘录，随时可查看电气柜的各种信息。总之，电气柜装配辅助平台的使用，规范了电气柜的安装作业流程，提高了生产人员的装配效率，具有较高的实际应用价值。
参考文献：
[1]朱君亚.电气控制柜的装配工艺与实施要点研究[J].建筑工程技术与设计，2018（22）：5481.
[2]王昕，沈行良，李鹏鹏，等.基于机器识别的电气接线自动检测技术研究[J].制造业自动化，2020，42（11）：47-50.
[3]宫生龙.数控机床电气柜制造技术研究[J].中国高新技术企业，2017（5）：28-29.
[4]赵志宏，徐广乐.数控机床电气及其电气柜的研究探讨[J].信息记录材料，2018，19（6）：73-74.
[5]许丽山.浅谈电气控制柜的装配工艺[J].建材发展导向（下），2020，18（3）：374.
[6]赵磊.外围控制电路设计——电气柜的设计[J].科技风，2018（4）：1.
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.
关键词：数控机床;电气柜装配;数据库;辅助平台
Key words： CNC machine tool;electrical cabinet assembly;database;auxiliary platform
中图分类号：TG519.1 文献标识码：A 文章编号：1674-957X（2021）11-0098-03
0 引言
数控机床电气柜是数控机床的重要的电气控制部分，是数控机床的机构部分与自动化控制部分连接的桥梁。电气柜在安装和生产过程中有许多技术要求和工艺规范，如电气元件的型号、规格和尺寸的选择、元气件的位置、导线截面积等，在电气设计图和工艺文件中均有体现。但在实际装配和生产过程中，缺少装配过程细节体现，如元气件之间走线先后顺序、每个线端子压线的标准操作和线束捆绑要求等细节工艺要求，没有办法通过图纸具体体现。很多时候由现场师傅手把手经验传授，导致不同厂家有不同的电气柜工艺和布线要求，不同型号的数控机床电气柜装配也不尽相同，给后期数控机床的维护和调试人员带有很大困惑。因此，设计可以帮助生产人员完成电气柜装配的辅助平台尤为重要。
1 电气柜装配辅助平台总体设计
电气柜装配辅助平台总体设计由电气柜布局设计、电气件安装、导线制作、配线连接和检验五个主要环节，元件种类库、导线类型库、配线制作库和检验方法库提供了丰富的数据信息，电气柜装配辅助平台在装配过程中有专业人员全程参与，进行人机交互对话。电气柜装配辅助平台设计原理图如图1所示。
在生产人员在装配电气柜时，通过辅助平台，找出符合数控机床要求的布局设计，选出合适的布局方案，导出电气设计图纸和装配工艺文件，按要求选择导线颜色和型号，遵循导线制作规范和配线连接规范，进行压线和配线，最后对成品电气柜进行合格检验。
2 数控机床电气柜装配分析及数据库构建
2.1 电气柜类型及电气柜布局库构建
数控机床中的电气柜内部有机床所需强电控制的各种电气元件，有提供数控、伺服等弱电控制单元的输入电源，有电气输入的短路、过载和欠压等保护装置，有为PLC的输出接口与機床执行元气件建立联结的专用继电器组，这些所需的元气件都集中在电气柜内，通过元件之间的线路结合，控制机床的主轴、XZ轴各种电动机运动系统等。
数控机床数控系统（包括型号）不同，对应的电气柜配置也不一样。如常见的FAUNC系统中Oi系列中，伺服主轴连接有模拟主轴和伺服主轴两种方式，模拟主轴需要在电气柜内部配置变频器，而伺服主轴则不需要。除了FAUNC数控系统外，还有西门子系统、华中数控、广州数控等数控系统，针对普通数控机床，对不同的数控系统和各种型号进行编号，分析对比不同的数控系统和其电气安装图，分类统计出对应的电气柜布局图，电气柜装配工艺图，建立电气柜布局库。 2.2 电气元件选配及电气元件安装规则库构建
电气柜中的元气件均应符合设计图纸和柜布线装配工艺文件要求，在选用元气件时，元件的属性应与设计和装配要求一致。如果选用的元件参数距使用要求过远，可能起不到必要功能和保护作用，还升高了电气柜的生产成本，因此在电气件的选配时，应综合考虑元件的内部（型号、参数等本身属性）和外部（安装距离、更换条件和连接方法）的各个因素，选择最匹配的元气件。
根据不同数控系统电气柜和柜布线装配工艺文件，统计每种系统对应电气柜的内部的电气元件，将元件的厂商、型号、规格、安装位置、使用方法等与数据库的字段联系起来，建立电气元件安装规则库。设有定时更新提醒设置，通过增加新出厂的元件，及时补充最新的元件信息;同时增加多个备选元件库，方便电气柜在后期调试和维修中元件快速更换。
2.3 导线制作、配线及数据库构建
一般情况下设计布线图纸中均有导线参数的规定，如颜色、线径和压线端子头规格。当文件中没有明确说明时，导线的选择应用遵循国家机械电气安全设备通用技术条件国家标准，如导线颜色黑、红、蓝应分别对应动力回路电路、交流控制电路和直流控制电路，电路导线截面积与电路的额定电流、接地导线的截面积应一致，压线端子的型号选择等。电气柜内部配线连接较为复杂，很容易出现强弱电交叉、走线过长、导线连接松动等问题，主要原因是配线连接规范细节较多，在配线过程中很容易遗漏一些规范要求，给调试带来故障隐患。
综合导线制件和电气柜配线要求，把元件安裝规范、制作规范、配线连接规范细化到每个元气件，把元件的属性与数据表字段联系起来，建立导线制作库和导线配线库。在装配电气柜时，当需要连接某根导线时，可以同步从数据库中显示该导线的颜色、线径、端子头压接部分、配线路径等信息，辅助生产人员按要求正确配线，也方便检验配线的合格性。
配线长度是生产人员在装配时最不容易把握的一点，如果过长造成线路的浪费，如果预设长度过短则不能良好的连接两个元件。接线国家标准规定：线径不超过6mm2时，配线长度不能过长20mm，线径大于6mm2时，配线长度应控制不能过长10mm。电气柜装配辅助平台可以在装配文件中指定配线起点和配线终点坐标，利用曼哈顿距离计算公式：
快速计算需要长度，避免了估算造成的误差过大，增加了耗材成本。
2.4 电气柜检验及检测方法数据库构建
当完成电气柜装配后，要进行相应的检验，以保证电气柜正常工作。一般情况需要通电前检测、短路检测和通电后检测三个阶段，每个阶段又有若干步骤组成。将这些步骤和检测要求存入数据表中，建立检测方法数据库，在成品验收时可以由装配辅助平台提供检测方案和操作方法视频，专业人员仅需按照步骤完成检验，并把结果记录在平台验收表中，生成检验证书。
3 电气柜装配辅助平台功能及应用
3.1 电气柜装配辅助平台功能设计流程图
电气柜装配辅助平台中引入了丰富的电气柜布局文件和装配工艺图纸，从元件选用、安装和连接，到导线制作、配线连接，到最后成品检验，帮助生产人员在整个过程中按步骤、逐个环节、高效地完成电气柜装配。电气柜装配辅助平台工作流程如图2。
3.2 电气柜装配辅助平台应用
下面以FANUC 0i Mate系列的数控机床电气柜装配为例，说明电气柜装配辅助平台的使用功能。
首先，打开辅助平台主界面，使用本次装配负责人的账号和密码登录。登录平台后，查看数控机床使用的数控系统CNC型号、厂商，主轴、XZ轴的驱动方式，在辅助平台打开相应的电气柜装配图纸和工艺文件。下一步进入元件选择窗口。
在元件核对窗口中，主要核对图纸要求元气件与实际有的元气件是否一致。特别在型号、参数（许可输入输出电压、功率）方面应仔细对照。如不一样，还要打开备选元件库查看是否为备选元件。如与图纸要求一致，则可进入一下导线制作和配线连接窗口（见图3）。
由于导线制作和配线是交叉进行的，即制作一条导线，配线连接在两元件之间，然后再制作，再配线。反复进行，直至完成所有配线。在导线制作和配线连接窗口中，可以点击安装图纸上的任何一根连线，由辅助平台分析计算，导出该连线的颜色、线径、压线端子、走线路径等参数，如果有多个分支，平台还会给出分支节点位置，连接方法等，生产人员仅需按照平台给出的步骤，分步骤完成即可，如果在操作过程中有疑问，也可打开相应的指导视频观看和模拟操作步骤。
当所有任务完成后，可进入成品检验窗口，在该窗口中，提供了多种检验方法，通过检测技术，需要生产人员在平台上记录检测过程中使用的检测方法、检测仪表、检测结果，最后生成检测报告文件，由负责人审核判断该电气柜装配是否合格。
4 结论
通过电气柜装配辅助平台，生产人员能快速定位所要装配的数控机床电气柜类型，准确地筛选适合的电气元件;有装配辅助平台的帮助，可以综合考虑元气件安装规范要求、导线制作规范要求和配线连接规范要求，规范元气件的安装、压线和线路连接操作;通过平台提供的多种检验方法，可快速的、全面的检测成品电气柜的合格性;辅助平台的还可作为电气柜参数的备忘录，随时可查看电气柜的各种信息。总之，电气柜装配辅助平台的使用，规范了电气柜的安装作业流程，提高了生产人员的装配效率，具有较高的实际应用价值。
参考文献：
[1]朱君亚.电气控制柜的装配工艺与实施要点研究[J].建筑工程技术与设计，2018（22）：5481.
[2]王昕，沈行良，李鹏鹏，等.基于机器识别的电气接线自动检测技术研究[J].制造业自动化，2020，42（11）：47-50.
[3]宫生龙.数控机床电气柜制造技术研究[J].中国高新技术企业，2017（5）：28-29.
[4]赵志宏，徐广乐.数控机床电气及其电气柜的研究探讨[J].信息记录材料，2018，19（6）：73-74.
[5]许丽山.浅谈电气控制柜的装配工艺[J].建材发展导向（下），2020，18（3）：374.
[6]赵磊.外围控制电路设计——电气柜的设计[J].科技风，2018（4）：1.