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一（yī）種用於新能源電池托盤（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（gōng）司作者：蔡晶陳建傑

1. 序言

新能源汽車電池模組主要由電池及承載電池的托盤構（gòu）成，電池托盤通常采用多（duō）塊鋁板進行拚接、焊接而（ér）成，然後根據（jù）裝（zhuāng）配（pèi）需（xū）求繼續對電池托盤進行一係列鑽孔、銑削等加（jiā）工，從（cóng）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（qì）車裝配的（de）需求（qiú）。目前，電池托盤的加工工藝基本都需要二次搬運、多次裝夾並重新對刀，導致加工流程工（gōng）序繁雜，加工效率（lǜ）較低，針對此（cǐ）我公司研發了一種用（yòng）於新能源電池托盤的複合加工機床，托盤在機（jī）床（chuáng）上可（kě）以一次（cì）完成各種（zhǒng）鑽、銑等加工工藝，既保證了加工質量，又大幅提高（gāo）了生產（chǎn）效率，並且便於實現（xiàn）自動化生產。

2. 典型電池托盤加工工藝分析

如圖（tú） 1 所示典型托盤，其正麵周邊和筋條上分布有孔（kǒng），且筋條分（fèn）為（wéi） 4 列。托盤上孔比（bǐ）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（diǎn）型托盤

如果采（cǎi）用現有 LQI2520 高速龍門移動機床（見圖 2）加工，需要 17min，並且側麵有 11mm六角孔（kǒng） 13 個、穿線孔 3 個，還需（xū）要單獨使用（yòng）側銑頭進行加工。

圖 2 LQI2520 高速龍（lóng）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（dòng）上下料（liào）係統和裝夾係統組成。正麵、反麵和側麵同時加工（gōng），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（shì）機床，如圖 4 所示，反麵（miàn）和側麵用一台臥式五軸機床加工，以此大幅度提高加工效率。

3. 電（diàn）池（chí）托（tuō）盤機床主體結構

圖 3 所示新式加工機（jī）床由四大部分組成 : 三單元臥式加工單元、臥式五軸單元、工（gōng）作台底板及夾（jiá）具、桁架自動（dòng）化送料係統。

圖（tú） 3 新（xīn）式加工機床

圖 4 三工位臥式機床

3.1 三單元臥式加工單元

三單元臥（wò）式加工單元有 5 個（gè）顯著特點。

1）輕量化設（shè）計，參與進給部件均（jun1）在保證強度的基礎上，盡可能減輕質（zhì）量，以確保（bǎo）移動部件（jiàn）的高速與高加速度運行。

2）三組進給（gěi）軸通過三通（tōng）道控（kòng）製，可互不幹涉協（xié）同運作，上下行程疊加可使（shǐ）加工範（fàn）圍無空白區域。

3）為保證移動速度，X 向（xiàng）大行程采用齒輪齒條驅動，其餘兩向采用高精度滾珠絲杠驅動。

4）機床可同時加工 3 片區域，理論（lùn）上效（xiào）率可提升 2 倍。

5）3 組主軸（zhóu）配置 3 台（tái）圓（yuán）盤刀（dāo）庫，換刀（dāo）效（xiào）率高。

3.2 臥式（shì）五軸單元

臥式五軸單元如圖 5 所示，其特點主要有以下幾方麵。

圖 5 臥式五軸單元

1）采用箱中箱式結構，抗衝擊載荷能力強，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需求。

3）三向均配置四線軌，可以保證運行精（jīng）度與穩定性。

4）X/Y 向大行程可覆（fù）蓋（gài）市場上大多數電池盒尺（chǐ）寸，配（pèi）置五軸可對斜側麵進行銑削和打孔，有效避（bì）免二次裝夾。

3.3 工（gōng）作台底板及夾具

工作台底板及（jí）夾（jiá）具如圖（tú） 6 所示，其設計特（tè）點主要有以（yǐ）下三方麵。

圖 6 工作台底板及夾具

1）工作台底板采用鏤空式設計，將電池（chí）托盤反麵需要（yào）加工（gōng）的區域露出，以方便後方（fāng）臥式五軸 HSC3217 機（jī）床對其反麵及側麵（miàn）進行加工。

2）夾（jiá）具全部采用氣缸形式（shì）進行夾緊，柔和的夾緊力可避免對（duì）工件表麵造成損傷或（huò）變形，其中旋轉氣缸（gāng）的選用，為自動化上（shàng）下料創造條件。

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

3.4 桁架自動化送料係統

桁架自動化送料係統如圖 7 所示，其結構特點如下。

a）懸臂（bì）式結構

b）料框內設（shè）有定位擋板

圖 7 桁架自動化送料（liào）係（xì）統（tǒng）

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（wéi）工件的精準（zhǔn）取放提供保障。

2）兩組進（jìn）給（gěi）軸分別用於上料和下料，獨立控製互（hù）不幹（gàn）涉。

3）采用（yòng）大規（guī）格（gé）型鋼作主體，以提供較高的剛性和強度。

4）整體式底板上方的獨立料框內設有定位擋板（bǎn），人工將（jiāng）工件（jiàn）放至料框內，同樣采用標（biāo）準氣缸固定夾緊（jǐn），通（tōng）過齒輪齒條驅動，使毛坯件按順序分層前進（jìn），配合桁架機（jī）械手進行抓取，轉運至被加工區（qū）域。

4. 機床工作方式

電池托盤工件加工時的運（yùn）行方式如下。

1）人（rén）工將毛坯工（gōng）件裝夾至料框內，起動氣（qì）缸，將毛坯件固定於每（měi）個料框內，如圖 8 所示。

圖 8 毛坯工件裝夾至料框內

2）運用（yòng）桁架將毛坯件抓取、提升，運送（sòng）至加工區（qū）域，沿（yán）定位擋板（bǎn）向下（xià）放置，夾緊氣缸開（kāi）始運行，將工件固定。第一組桁架返回（huí）至毛坯區，第二組桁架移至（zhì）右側成品區。

3）三橫梁機（jī）床 HSC3036 Ⅲ和五軸機床HSC3217 協同運行，對工件正反麵及側麵進行加工（gōng），期（qī）間無需（xū）二次裝夾。如圖 9 所示

圖 9 機（jī）床協同（tóng）運行

5. 係統控製

此機床采（cǎi）用定製化數控係統界麵，僅需要輸入孔的位置，即可調（diào）整規格品種的程序，鑽孔攻螺紋的參數可以在後台程序調節。該係統可實現多通道控製，每個臥式通道負責（zé）加工產品的一部分。通（tōng）過定（dìng）製化軟件，有效將工件分成 3 部分，每部分由1個臥式通道完成，大大提高了加工效率。

圖 10 加工坐標係設定

5.1 加工坐標係設定

加工坐標係設定如圖10所示。其特點主要有:可以將三（sān）通道的加工工件坐標係放（fàng）在一起（qǐ），用來比較以及反複確（què）認 ; 增加微量調整，避免輸錯，並且調整速度快（kuài） ; 此外，係統可提供鑽（zuàn）孔和（hé）絲錐專用的（de） Z 軸尺寸，互不影響。

5.2 通用設定畫麵

通用設定畫麵如圖（tú）11所（suǒ）示，參數化編程（chéng）包（bāo）含:刀具號、刀具（jù）長度、刀具直徑、鑽孔深度、鑽孔/ 攻螺紋轉速、進給速度、牙距、快（kuài）移速度、快移定位、逐鑽工藝（yì）、抬刀量及一（yī）攻到底。

圖 11 通用設定畫麵（miàn）

5.3 加工工件的坐標程序

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

5.4 加（jiā）工統計

圖 12 加工工件的坐標（biāo）程序

加工統計主要是給機床使用（yòng）情況做統計，如圖 13 所示。

圖 13 加工統計

可以看出，通過統（tǒng）計開機時間、運行時間（jiān）、加工（gōng）件數等，可以有效地對生產（chǎn）管理所需信息進行統計，引導生產管理（lǐ）人員進一步優化加工工藝和提高加（jiā）工（gōng）效率。

6. 結束語

該機床大大提高了電池托盤加工的自動化水平和加（jiā）工效率，現（xiàn）有的單機生產效率低，采用本組合自（zì）動化機床，效率可以（yǐ）提（tí）高 2 倍。除（chú）了加工效率（lǜ），更重要的（de）是提高了工件的加（jiā）工質量。電（diàn）池托盤是型材焊接件，定位（wèi）基（jī）準誤差大，工件自身（shēn）變形大，采用多（duō）次（cì）定位極易（yì）導致孔位偏差，因此應盡（jìn）量采用一次性加工，使用該機床解決了原有單機生產（chǎn）多次裝夾所導致的孔位誤差問題。

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

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