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一種用（yòng）於新能源電池托盤（pán）的複合加工機床

2025-1-6 來源：南京寧慶數控機床製造有限公司作者：蔡晶陳建傑

1. 序言

新能源汽（qì）車電池模組主要由電池及承載電池的托盤構成，電池托（tuō）盤通（tōng）常采（cǎi）用多塊鋁板進（jìn）行拚接、焊接（jiē）而成，然後根據裝配需求繼續對電池托盤進（jìn）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（mǎn）足電池模組裝配及汽（qì）車裝配的需求（qiú）。目（mù）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（liú）程工序繁雜，加工效率較低，針對此我公司（sī）研發了一種用於新能源電池（chí）托盤的（de）複合加工機（jī）床，托（tuō）盤在機床上（shàng）可以一次（cì）完（wán）成各（gè）種鑽、銑等加工工藝，既保證了加工（gōng）質量，又大幅提高了生產效率，並且（qiě）便於實現自動化生產。

2. 典型電池托盤加工工藝（yì）分析（xī）

如圖 1 所示典型托（tuō）盤，其正麵周（zhōu）邊（biān）和筋條上分布有孔，且筋條分為（wéi） 4 列（liè）。托盤上（shàng）孔比較多，φ5mm 孔 66 個，φ6mm 孔 2 個，φ7mm 孔 6 個，φ8mm 孔 38 個（gè），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（yǒu） 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 13 個、穿線孔 3 個，還需要（yào）單獨使用側銑頭（tóu）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、自動上下料係（xì）統和裝夾係（xì）統（tǒng）組成。正麵、反麵和側麵同時加工，加工（gōng）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，如圖 4 所示，反麵和側麵用一台臥式五軸機床（chuáng）加工，以此大幅度提高加工效率（lǜ）。

3. 電池托盤機床主體結構

圖 3 所（suǒ）示新（xīn）式加工機床（chuáng）由四（sì）大部分組成 : 三單元臥式加工單元、臥式五軸單元、工作台底板及夾具、桁架自動化送料係統。

圖 3 新式（shì）加工機（jī）床

圖（tú） 4 三工位臥式機床

3.1 三單元臥式加工單元

三單元臥式加工單元有 5 個顯著特點。

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

2）三組進給軸（zhóu）通過三通道控（kòng）製，可（kě）互不幹涉協同運作（zuò），上下行程（chéng）疊（dié）加可使加工範圍無空白區域。

3）為保證移動速度（dù），X 向大行程采用齒（chǐ）輪齒條驅動，其餘兩向采用高精度（dù）滾珠絲（sī）杠驅動。

4）機床可同時（shí）加工 3 片區域，理論上效率可提升 2 倍。

5）3 組（zǔ）主（zhǔ）軸配置 3 台圓盤刀庫，換刀（dāo）效率高。

3.2 臥式五（wǔ）軸（zhóu）單元

臥式五軸單元如（rú）圖（tú） 5 所示，其特點主要有以下幾方麵（miàn）。

圖 5 臥式五軸單元

1）采用箱（xiāng）中箱式結構，抗衝擊載荷能力強，可重切，可高速，穩定性高（gāo）。

2）X/Y 向雙絲杠驅動，可以保證高速高精加工需求（qiú）。

3）三向均（jun1）配置四（sì）線軌，可以保證（zhèng）運行精度與穩定性。

4）X/Y 向大行程可覆蓋（gài）市（shì）場上大多數電池盒尺寸（cùn），配置五軸可對斜側麵進（jìn）行銑削和打孔，有（yǒu）效（xiào）避免二次裝（zhuāng）夾。

3.3 工作台底（dǐ）板及夾具

工（gōng）作（zuò）台底板及夾（jiá）具如（rú）圖 6 所（suǒ）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）工作台底板采用鏤空式設（shè）計，將電池托盤反麵需（xū）要加工的區域露出，以方便後方臥（wò）式五軸 HSC3217 機床對其反麵及側麵進行加工。

2）夾具（jù）全部采用氣缸形式進行夾緊（jǐn），柔和的夾緊力可避免對工件表麵造成損傷（shāng）或變形，其中旋轉氣缸的選用，為自動化上下料創造條件。

3）增（zēng）加的定位擋板，可使批量化生產的每個工件，都可以準確地被裝夾（jiá）在預定的（de）加工區域，實現自動化（huà）裝夾。

3.4 桁（héng）架自動化送料係統

桁架自動化送料係統（tǒng）如圖 7 所示，其結（jié）構特（tè）點如下。

a）懸臂（bì）式結構

b）料框內設有定位擋板

圖 7 桁（héng）架自動化送（sòng）料係統

1）桁架采用懸臂式結構，占用空間小，快捷（jié）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（tí）供（gòng）保障。

2）兩組進給軸分別（bié）用於（yú）上料和下料，獨立控製互不（bú）幹涉。

3）采用大規格型鋼作主體，以（yǐ）提供（gòng）較高的剛（gāng）性和強度。

4）整體式底（dǐ）板上方的獨立料框內設有（yǒu）定位擋板，人工將工件放至料框內，同樣采用標準氣缸固（gù）定夾緊，通過齒輪齒（chǐ）條驅動，使毛坯件按順序分層前進，配合桁架機械手進行抓取，轉運（yùn）至被加工區域。

4. 機床工作方式

電池托盤工件加工時的運行（háng）方式（shì）如下。

1）人工將毛（máo）坯工件裝夾（jiá）至料框內，起動氣（qì）缸，將毛（máo）坯件固定於每個料框內，如（rú）圖 8 所示。

圖（tú） 8 毛坯工件裝夾至料框內（nèi）

2）運用桁架將毛坯件抓取、提升（shēng），運（yùn）送（sòng）至加（jiā）工區域，沿定位擋板向下放置，夾緊氣缸開始運（yùn）行，將工件固定。第一組桁架返（fǎn）回至毛坯區，第二組桁架移至右側成品區。

3）三橫梁機床 HSC3036 Ⅲ和五軸機床HSC3217 協同運行，對工件正反麵（miàn）及側麵進行加（jiā）工，期（qī）間無需二次裝夾。如圖 9 所示

圖 9 機床協同運行

5. 係統（tǒng）控製

此機床采用定製化數控係（xì）統界麵，僅需要輸入孔的位置，即可調整規格品種的程序，鑽孔攻螺紋的參數可以（yǐ）在後台程（chéng）序調節。該（gāi）係統可實現多通道控（kòng）製，每個臥式通道負責加工產品的一部分。通過定製化軟件，有效將工件分成 3 部分，每部分由1個臥式（shì）通道完成，大（dà）大提高了加工效率。

圖（tú） 10 加工坐標係設定

5.1 加工坐標係（xì）設定

加（jiā）工坐標係設定如（rú）圖（tú）10所示。其特點主要有:可以將三（sān）通道的加工（gōng）工件坐標（biāo）係放在一起，用來比（bǐ）較以及反複確認 ; 增加微量調整，避免輸錯，並且（qiě）調整速度快 ; 此外（wài），係統可提供鑽孔和絲錐專用的 Z 軸尺寸，互不影響。

5.2 通用設定畫麵

通（tōng）用（yòng）設定畫麵如圖11所示，參數化編程包含:刀（dāo）具號、刀具長度、刀具直徑、鑽孔深度、鑽孔/ 攻螺紋轉速、進給（gěi）速度、牙距、快移速度、快移（yí）定（dìng）位、逐鑽（zuàn）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

加工工件的坐標程序如圖（tú） 12 所示，以第一通道為例，提供了兩套方案（àn）。①有規律的（de）孔位加工 : 圓形以及矩形排列。②不規則孔加（jiā）工（gōng）方案 :可以定製孔加工的工（gōng）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

加工統計主要是給機床使用情況做統計，如（rú）圖（tú） 13 所示。

圖 13 加工統計

可以看出，通過統計開（kāi）機時間、運行時間、加工件數等，可（kě）以（yǐ）有效地對生產管（guǎn）理所需信息（xī）進行統計，引導生產管理人員進（jìn）一步優化加工（gōng）工藝和提高加工效率。

6. 結束語

該（gāi）機床大大提高了電池（chí）托盤加工的（de）自（zì）動化水平和加工效率（lǜ），現有（yǒu）的單機生產效率低，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（zhì）量。電池托盤（pán）是（shì）型材焊接（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致（zhì）孔位偏差（chà），因此應盡量采用（yòng）一次性加工，使用該機床解決了原有單機生（shēng）產多（duō）次裝夾所導致（zhì）的孔位誤差問題。

該機床還有一種使用方案，即（jí）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（dà）幅（fú）提高，而且采用自動線，1 人可操作多條線，使車間實（shí）現少人化生產。

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