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一種用於新能（néng）源電池托盤（pán）的複合加工機床

2025-1-6 來源：南京寧慶數控機床（chuáng）製造有限公司作者：蔡晶陳建傑

1. 序言

新能源汽車電池模組主要（yào）由電池及承載電池的托盤構成（chéng），電池托盤通常采用多塊鋁板進行拚接、焊接而成，然後根據裝配需求繼續對電池托盤進（jìn）行一係列鑽（zuàn）孔、銑削等加工，從而實現電池托盤的高精度、高平整度，滿足電池模組裝配及汽車裝配的需求。目前，電池托（tuō）盤的加工工藝（yì）基本都需要二次搬（bān）運（yùn）、多次裝夾並（bìng）重新對刀，導致加工流程工序繁雜，加工效率較低，針對此我（wǒ）公司研發（fā）了一種用於新能源電（diàn）池托盤的複合加工機床，托盤在機床上可（kě）以一次完成各種鑽、銑等加工工藝，既保證了加工質量，又大幅提高了生（shēng）產效率，並且便於實現（xiàn）自動化生產。

2. 典型電池托（tuō）盤加工工藝分析

如圖 1 所示典型托盤，其正麵（miàn）周邊和（hé）筋條上（shàng）分布有孔，且筋條分為（wéi） 4 列。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（gè），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（gāo）速龍門移動機床（見圖 2）加工，需要 17min，並且（qiě）側麵有 11mm六角孔 13 個、穿（chuān）線孔 3 個，還需要單獨使用側銑頭進行加工。

圖 2 LQI2520 高速龍門移動（dòng）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組成（chéng）。正麵、反麵（miàn）和側麵同時加工，加工時間就降低到 1/3，效率提高了3 倍。正麵采用三工位臥式機床，如（rú）圖 4 所示，反麵和側麵用一台臥式五軸機（jī）床加工，以此大幅度提高加工效率。

3. 電池托盤（pán）機床主體結構

圖 3 所示（shì）新式加工機床由四大部分組成 : 三單元臥式加工單（dān）元、臥式五軸單（dān）元、工作台底板及夾具、桁架自動化送料係統。

圖（tú） 3 新式加工機床

圖 4 三工（gōng）位臥式機床

3.1 三單元（yuán）臥式加工單元（yuán）

三單元臥（wò）式加工單元有（yǒu） 5 個顯著特（tè）點。

1）輕量化設計，參與進給部件均在保證強度的基礎上，盡可能減輕質量，以確保移動部件的高速與高加速度運（yùn）行。

2）三組進給（gěi）軸通過三通道控製，可互不幹涉協同運作，上下行程疊加可使加工範圍無空白區域。

3）為保證移（yí）動速度，X 向大行程采用齒（chǐ）輪齒條驅動，其餘兩向采用高精度滾（gǔn）珠絲杠驅動。

4）機床可同時加工 3 片區域，理論上效率可提升（shēng） 2 倍。

5）3 組主軸配置 3 台圓盤刀庫，換刀效率高。

3.2 臥式五軸單元

臥（wò）式五軸單元如圖 5 所示，其特點主要有以下幾方麵。

圖 5 臥式（shì）五軸單元

1）采用（yòng）箱中箱式結構，抗衝擊載荷能力（lì）強，可重切，可高速，穩定性高。

2）X/Y 向雙絲杠驅動，可以保證高速高精加工（gōng）需（xū）求。

3）三向均配置四線軌，可以保證運行精度與穩定性（xìng）。

4）X/Y 向大行程可覆蓋市場上大多數電池盒尺寸，配置五軸可對斜側（cè）麵進行銑削和打孔，有效避免二次裝夾。

3.3 工作台底板及夾具

工作（zuò）台底板及夾具如圖 6 所示，其設計特點主要有以下（xià）三方麵。

圖（tú） 6 工作台底（dǐ）板及夾具

1）工作台底板采用鏤空式設計，將電池托盤反（fǎn）麵需要加工的區域露出，以方便後方臥式（shì）五軸（zhóu） HSC3217 機床對（duì）其反麵及（jí）側麵進行加工。

2）夾具全部采用氣缸（gāng）形式進行（háng）夾緊，柔和的夾緊力可（kě）避免（miǎn）對工件表麵造成（chéng）損傷或變形，其中旋轉氣缸的選用，為自動化上下料創造（zào）條件。

3）增加的定位擋板（bǎn），可使批（pī）量化生產的每個工件，都可以準確地被裝夾在預定的加工區域，實現自動化裝夾。

3.4 桁（héng）架自動化送料係統

桁架自（zì）動化送料係統如圖 7 所（suǒ）示，其結構特（tè）點如下。

a）懸臂式結構

b）料框內設有定位（wèi）擋板

圖 7 桁架（jià）自動化送料係統

1）桁架采用懸臂式結構，占用空間小，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（qǔ）放提供保障（zhàng）。

2）兩組進給（gěi）軸分別用於上料和下料，獨立控製互不幹涉（shè）。

3）采用大規格型鋼作主體，以提（tí）供較高的剛性和（hé）強度。

4）整體（tǐ）式（shì）底（dǐ）板上方的獨立料框內設有定（dìng）位擋板，人工將工件放至料框內，同樣采用標準氣缸（gāng）固定夾緊，通過齒輪齒條（tiáo）驅動，使毛坯（pī）件按順序分層前進，配合桁（héng）架機械手進行抓取，轉運至被加工區域。

4. 機床工作方式

電池（chí）托盤工件加工時（shí）的運行方式如（rú）下。

1）人工（gōng）將毛（máo）坯工件裝（zhuāng）夾至料框內，起動（dòng）氣缸（gāng），將毛坯件固定於每個料框內，如圖 8 所示。

圖 8 毛坯工件裝夾至料框內

2）運用桁架將毛坯件（jiàn）抓取、提升，運送至加工區域（yù），沿定位擋板向（xiàng）下放置，夾緊氣缸開始運（yùn）行（háng），將（jiāng）工件固定。第一組桁架返回至毛坯區，第二組桁架移（yí）至右側成品區。

3）三（sān）橫梁機床 HSC3036 Ⅲ和（hé）五軸機床HSC3217 協同運行，對工件正反麵及側麵進行加工，期間無需二次裝夾。如圖 9 所示

圖 9 機床協（xié）同（tóng）運行（háng）

5. 係統控製

此機床采用定製化數控係統（tǒng）界麵，僅（jǐn）需要輸入孔的位置，即可調（diào）整規格品種（zhǒng）的程序，鑽孔攻螺紋的參數可以在後（hòu）台程序調節。該係（xì）統可實現多通道控製，每個臥式通道負責加工產品的（de）一部分。通過定製化軟件，有效將（jiāng）工件分成 3 部分，每部分（fèn）由1個（gè）臥式通道完成（chéng），大大提高了加（jiā）工效率。

圖 10 加工坐標係設定

5.1 加（jiā）工坐標係設定

加工坐標係（xì）設（shè）定如圖10所示。其特點主要有:可以將三通（tōng）道的加工工件坐標係放在一起，用來比較以（yǐ）及反複確認 ; 增加微量調整，避免輸錯，並且調整速度（dù）快 ; 此外，係統可提供鑽孔和（hé）絲（sī）錐專用的 Z 軸尺寸，互不影響。

5.2 通用設定畫麵

通用設定畫（huà）麵如圖11所示，參（cān）數化編程包含:刀具號、刀具長度、刀具直徑、鑽孔深度、鑽孔/ 攻螺紋轉速、進給速度（dù）、牙距、快移速度、快移定位、逐鑽工藝、抬（tái）刀量及一攻到底。

圖 11 通用設定（dìng）畫麵

5.3 加工工件的（de）坐標程序（xù）

加工工件的坐標程序如圖 12 所示，以第一通道為例，提供了兩套（tào）方案。①有規律的孔位加工 : 圓形以及矩形排列。②不規（guī）則孔（kǒng）加工方案 :可以定製孔加工的工藝程序，進行固化。

5.4 加工統計

圖 12 加工工件的坐（zuò）標程序

加（jiā）工統計主要是給機床使用情況做統計，如圖 13 所示。

圖 13 加工統計

可（kě）以看出，通過統計開機（jī）時間、運行時間、加工件數等，可以（yǐ）有效地對（duì）生產管（guǎn）理所需信（xìn）息進（jìn）行統計，引（yǐn）導生產管理人員進一步優化加工工藝和提高（gāo）加工效率（lǜ）。

6. 結（jié）束語

該機（jī）床大大（dà）提高了電池托盤加（jiā）工的自動（dòng）化水平和加工效率，現有的（de）單機生產效率低，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（diàn）池托盤是型材焊接件，定位基準誤差大，工件自身變（biàn）形大，采用多次定位極易導致孔位偏差，因此應盡量采用一次性加工，使用該機床解決（jué）了原有單機生產（chǎn）多（duō）次裝夾所導致的孔位誤差問題（tí）。

該機（jī）床還（hái）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（yuán），仍然能夠達到效率和質量的大幅提高（gāo），而且采用自動線，1 人可操作多條線，使車間實現（xiàn）少人化生產。

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