一種用於新（xīn）能源電池托盤（pán）的複合加工機床（chuáng）
2025-1-6 來源： 南京寧慶數控機床製造有限公司（sī） 作者：蔡 晶（jīng） 陳建傑
1. 序言
新（xīn）能源汽（qì）車電（diàn）池模組主要（yào）由電池及（jí）承載電池的托盤構成，電池托盤通常采（cǎi）用（yòng）多塊鋁板進行（háng）拚接、焊接（jiē）而成，然後根據裝配需求繼續對電池托盤進行一係列鑽孔、銑削等加工，從而實現電池托盤的高精度、高平整度，滿足電池模（mó）組裝配及汽車裝配（pèi）的需求（qiú）。目前，電（diàn）池托盤的加工工藝基本都需要二次搬運、多次裝夾（jiá）並（bìng）重新對刀，導致（zhì）加工流程工序繁雜，加工效率較低，針對此我公司研發了（le）一種用於新能源電池托盤（pán）的複合加工機床，托盤在（zài）機床上可以一次完成各種鑽、銑等加工工藝，既保證了加工質量，又大幅提（tí）高了生產效率（lǜ），並且便（biàn）於（yú）實現自動化生產。
2. 典型電池托盤加工工（gōng）藝分析
如（rú）圖 1 所示典型托盤，其（qí）正麵周（zhōu）邊和筋（jīn）條上分布有孔，且筋條（tiáo）分為 4 列（liè）。托盤上孔比較多，φ5mm 孔 66 個，φ6mm 孔 2 個，φ7mm 孔 6 個，φ8mm 孔 38 個，φ9mm 孔 52 個，11mm 六角孔 82 個，φ12mm 孔 6 個，反麵 φ7mm 孔 38 個，φ9mm 孔 1 個。
圖 1 典型托盤
如果采用現有 LQI2520 高速龍門移動機床（見圖 2）加（jiā）工，需要 17min，並且側麵有 11mm六角孔 13 個（gè）、穿線孔 3 個，還需要單獨（dú）使（shǐ）用側銑頭進行加（jiā）工。
圖 2 LQI2520 高速龍門移動機床
采用圖3所示新式加工機床， 由機型HSC3036 Ⅲ和機型 HSC3217、桁架係統、自動上下料係統和裝夾係統（tǒng）組成。正麵、反麵和側麵同時加工，加工時間就降低到 1/3，效率（lǜ）提（tí）高了3 倍。正麵采用三（sān）工位臥（wò）式機床，如圖 4 所示，反麵和側麵用一台臥式五（wǔ）軸機（jī）床加工，以此大幅度提高加工效（xiào）率。
3. 電池托盤機床主體結（jié）構
圖 3 所示新式加工機床由四大部分組成 : 三單元臥式加工單元、臥式五（wǔ）軸單（dān）元（yuán）、工作台（tái）底板及夾具、桁架自動化送料係（xì）統。
圖 3 新式加工機床
圖 4 三工位臥式（shì）機床
3.1 三單元臥式加工單元
三單元臥式加工單元有 5 個（gè）顯著特點。
1）輕量化設計，參與（yǔ）進（jìn）給部件均在（zài）保證強度的基礎上，盡可能減輕質（zhì）量，以確保移動（dòng）部件的高速（sù）與高加速度（dù）運行。
2）三組進給軸通過三通道控製，可互不幹涉協同運（yùn）作，上下行程疊加可使（shǐ）加工範（fàn）圍無空（kōng）白區域。
3）為保證（zhèng）移動速度，X 向大行程采用齒輪齒（chǐ）條驅動，其（qí）餘（yú）兩向采用高精度滾珠絲（sī）杠驅動。
4）機床（chuáng）可同時加工 3 片區域，理（lǐ）論上效率可提升 2 倍（bèi）。
5）3 組主軸配置 3 台圓盤刀（dāo）庫，換刀（dāo）效率高。
3.2 臥式五軸單元（yuán）
臥式五（wǔ）軸單（dān）元如圖 5 所示，其（qí）特點（diǎn）主（zhǔ）要有以下幾（jǐ）方麵。
圖 5 臥式五軸（zhóu）單元
1）采用箱中箱式（shì）結構，抗衝擊載荷能力強，可重（chóng）切，可高速，穩定性（xìng）高。
2）X/Y 向（xiàng）雙絲杠（gàng）驅動（dòng），可以保證高速高精加工（gōng）需求。
3）三向（xiàng）均（jun1）配（pèi）置（zhì）四（sì）線軌，可以（yǐ）保證運行精度與穩定性。
4）X/Y 向大行程（chéng）可覆蓋市場上大多數電池盒尺寸，配置五（wǔ）軸可對斜（xié）側麵進（jìn）行銑削和打孔，有效避免二次裝夾（jiá）。
3.3 工作台底（dǐ）板及夾具
工作台底板及夾具如圖 6 所示，其設計特點主要有以下三方麵。
圖 6 工作台底板及夾具
1）工作台底板（bǎn）采用鏤（lòu）空式設計，將電池（chí）托盤反麵需要（yào）加工的區域露出，以方便後（hòu）方臥式五軸 HSC3217 機床對其反麵及側麵進行加工。
2）夾（jiá）具（jù）全部（bù）采用氣缸形式進行夾緊，柔和（hé）的夾緊力可避免對工件表麵造成損傷或（huò）變形，其中旋轉氣缸的選（xuǎn）用，為自（zì）動化上下料創造條件。
3）增加的定位擋板，可使批量化生（shēng）產的每個（gè）工件，都可以準確地被裝（zhuāng）夾在預定的加工（gōng）區（qū）域，實現（xiàn）自動（dòng）化（huà）裝夾。
3.4 桁架自動（dòng）化送料係統
桁架自動化送料係統如圖 7 所示，其結構（gòu）特點如下（xià）。
a）懸臂式結構
b）料框（kuàng）內設有定位擋板
圖 7 桁架自動化送料（liào）係統
1）桁架采用懸臂式結構，占（zhàn）用空間小，快捷高效。X 向采用齒條傳動，Y、Z 向采用絲杠，為工件的精準取放提供保障。
2）兩（liǎng）組進給（gěi）軸分別用於上料（liào）和下（xià）料，獨立控製互不幹涉。
3）采用大（dà）規格型鋼作主體，以提供較高的剛性和強（qiáng）度。
4）整體（tǐ）式底板上方（fāng）的獨立料框內設有定位擋（dǎng）板，人工（gōng）將工件放至料框內，同樣采（cǎi）用標準氣缸固定夾（jiá）緊，通過齒輪齒（chǐ）條驅動，使毛坯件按（àn）順序分層前進，配合桁（héng）架機械手進行抓取（qǔ），轉運至被加（jiā）工（gōng）區域。
4. 機床工作方式
電池托盤工件加工（gōng）時的運（yùn）行方式如下。
1）人工將毛坯工件裝夾至料框內，起（qǐ）動氣缸，將毛坯件固定於每個料框內（nèi），如圖 8 所示（shì）。
圖 8 毛坯工件（jiàn）裝夾至料框內
2）運用桁架將毛坯件抓取、提升（shēng），運送（sòng）至加工區（qū）域，沿定位擋板向下（xià）放置，夾緊氣缸開始運（yùn）行（háng），將工件固定。第一（yī）組桁架返回至（zhì）毛坯區，第二組（zǔ）桁架移至右側成品區（qū）。
3） 三橫梁機床 HSC3036 Ⅲ和五軸機床HSC3217 協同運行，對工件（jiàn）正反麵及側麵進行加工，期間無需二次（cì）裝夾。如圖 9 所示
圖 9 機床協同運行
5. 係統控製
此（cǐ）機床采用定製化數控係統界麵，僅需要輸入孔的位置，即可調整規格品種的（de）程序，鑽孔（kǒng）攻螺（luó）紋（wén）的（de）參數可以在後台程序調節（jiē）。該係統（tǒng）可實現（xiàn）多通道控製，每個臥式通道負責加工產品的（de）一部分。通（tōng）過定製（zhì）化軟件，有效將工件分成 3 部（bù）分，每部分由1個臥式通道完成，大大提高了加工（gōng）效率。
圖 10 加工坐標係設定
5.1 加（jiā）工坐（zuò）標（biāo）係（xì）設（shè）定
加（jiā）工坐標（biāo）係設定如圖10所示。其特點主要有:可以將三通道的加（jiā）工工件坐標係放在一起（qǐ），用來比較以及反複確認（rèn） ; 增加微量調整，避免輸錯（cuò），並且調整速度快 ; 此外，係統可提供鑽孔和絲錐專（zhuān）用的 Z 軸尺寸，互不影響。
5.2 通（tōng）用設定畫麵
通用設定畫麵如圖11所示，參數化（huà）編程包含:刀具號、刀具長度、刀具直徑、鑽孔深度、鑽孔/ 攻（gōng）螺紋轉速、進給速度、牙（yá）距、快移速度、快移定（dìng）位、逐鑽工藝、抬刀量及一攻到底。
圖 11 通用設（shè）定畫麵
5.3 加工工件的坐標程序
加工工件（jiàn）的坐標程序如（rú）圖 12 所示，以第一通道為例，提供了兩套方案。①有規（guī）律的孔位加工 : 圓形以及矩形排列。②不規則孔加工方案 :可（kě）以定製孔加工的工藝（yì）程序，進行固化（huà）。
5.4 加工統計
圖 12 加工工件的坐標程序
加工統計主（zhǔ）要是給機床使用情況做統計，如圖 13 所示。
圖 13 加工統計
可以看出（chū），通過統計開機時間、運行時（shí）間、加工件數等，可以有效地對生產管（guǎn）理所需信息進行統計，引導生（shēng）產（chǎn）管理人員進一步優化加工工藝和提高（gāo）加工效率（lǜ）。
6. 結束語
該（gāi）機床大大（dà）提高了電池托盤加工（gōng）的自動（dòng）化水平和加工效率，現有的單機（jī）生產效率低，采用本組合自動化機床，效率可以提高 2 倍。除了加工效率，更重要的是提高了工件的加工質量。電池托盤是型材焊（hàn）接（jiē）件，定位基準誤差大，工件自身變形大，采用多次定位極易導（dǎo）致孔（kǒng）位偏差，因此應盡量采用一次性加工（gōng），使用該機床解決了原有單機生產多次裝夾所導（dǎo）致的孔（kǒng）位誤差（chà）問題（tí）。
該機床（chuáng）還有一種使用方案，即減去 1 個臥式五軸單元，采用自動線單元，仍然能夠達到效率和（hé）質量的大幅（fú）提高（gāo），而且采用自動線，1 人可操作多（duō）條線，使車間實（shí）現少人化生產。
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