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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塊鋁板進行拼接、焊接而成，然后根據(jù)裝配需求繼續(xù)對電池托盤進行一系列鉆孔、銑削等加工，從而實現(xiàn)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，電池托盤的加工工藝基本都需要二次搬運、多次裝夾并重新對刀，導致加工流程工序繁雜，加工效率較低，針對此我公司研發(fā)了一種用于新能源電池托盤的復合加工機床，托盤在機床上可以一次完成各種鉆、銑等加工工藝，既保證了加工質(zhì)量，又大幅提高了生產(chǎn)效率，并且便于實現(xiàn)自動化生產(chǎn)。

2.典型電池托盤加工工藝分析

圖1 典型托盤

如圖1所示典型托盤，其正面周邊和筋條上分布有孔，且筋條分為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，φ12mm孔6個，反面φ7mm孔38個，φ9mm孔1個。

圖2 LQI2520高速龍門移動機床

如果采用現(xiàn)有LQI2520高速龍門移動機床（見圖2）加工，需要17min，并且側(cè)面有11mm六角孔13個、穿線孔3個，還需要單獨使用側(cè)銑頭進行加工。

圖3 新式加工機床

采用圖3所示新式加工機床，由機型HSC3036Ⅲ和機型HSC3217、桁架系統(tǒng)、自動上下料系統(tǒng)和裝夾系統(tǒng)組成。正面、反面和側(cè)面同時加工，加工時間就降低到1/3，效率提高了3倍。正面采用三工位臥式機床，如圖4所示，反面和側(cè)面用一臺臥式五軸機床加工，以此大幅度提高加工效率。

圖4 三工位臥式機床

3.電池托盤機床主體結(jié)構(gòu)

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、臥式五軸單元、工作臺底板及夾具、桁架自動化送料系統(tǒng)。

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，參與進給部件均在保證強度的基礎上，盡可能減輕質(zhì)量，以確保移動部件的高速與高加速度運行。

2）三組進給軸通過三通道控制，可互不干涉協(xié)同運作，上下行程疊加可使加工范圍無空白區(qū)域。

3）為保證移動速度，X向大行程采用齒輪齒條驅(qū)動，其余兩向采用高精度滾珠絲杠驅(qū)動。

4）機床可同時加工3片區(qū)域，理論上效率可提升2倍。

5）3組主軸配置3臺圓盤刀庫，換刀效率高。

3.2 臥式五軸單元

圖5 臥式五軸單元

臥式五軸單元如圖5所示，其特點主要有以下幾方面。

1）采用箱中箱式結(jié)構(gòu)，抗沖擊載荷能力強，可重切，可高速，穩(wěn)定性高。

2） X/Y向雙絲杠驅(qū)動，可以保證高速高精加工需求。

3） 三向均配置四線軌，可以保證運行精度與穩(wěn)定性。

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

3.3 工作臺底板及夾具

圖6 工作臺底板及夾具

工作臺底板及夾具如圖6所示，其設計特點主要有以下三方面。

1）工作臺底板采用鏤空式設計，將電池托盤反面需要加工的區(qū)域露出，以方便后方臥式五軸HSC3217機床對其反面及側(cè)面進行加工。

2）夾具全部采用氣缸形式進行夾緊，柔和的夾緊力可避免對工件表面造成損傷或變形，其中旋轉(zhuǎn)氣缸的選用，為自動化上下料創(chuàng)造條件。

3）增加的定位擋板，可使批量化生產(chǎn)的每個工件，都可以準確地被裝夾在預定的加工區(qū)域，實現(xiàn)自動化裝夾。

3.4 桁架自動化送料系統(tǒng)

圖7 桁架自動化送料系統(tǒng)

桁架自動化送料系統(tǒng)如圖7所示，其結(jié)構(gòu)特點如下。

1）桁架采用懸臂式結(jié)構(gòu)，占用空間小，快捷高效。X向采用齒條傳動，Y、Z向采用絲杠，為工件的精準取放提供保障。

2）兩組進給軸分別用于上料和下料，獨立控制互不干涉。

3）采用大規(guī)格型鋼作主體，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(nèi)設有定位擋板，人工將工件放至料框內(nèi)，同樣采用標準氣缸固定夾緊，通過齒輪齒條驅(qū)動，使毛坯件按順序分層前進，配合桁架機械手進行抓取，轉(zhuǎn)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行方式如下。

1）人工將毛坯工件裝夾至料框內(nèi)，起動氣缸，將毛坯件固定于每個料框內(nèi)，如圖8所示。

圖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，運送至加工區(qū)域，沿定位擋板向下放置，夾緊氣缸開始運行，將工件固定。第一組桁架返回至毛坯區(qū)，第二組桁架移至右側(cè)成品區(qū)。

3）三橫梁機床HSC3036Ⅲ和五軸機床HSC3217協(xié)同運行，對工件正反面及側(cè)面進行加工，期間無需二次裝夾。如圖9所示。

圖9 機床協(xié)同運行

5.系統(tǒng)控制

此機床采用定制化數(shù)控系統(tǒng)界面，僅需要輸入孔的位置，即可調(diào)整規(guī)格品種的程序，鉆孔攻螺紋的參數(shù)可以在后臺程序調(diào)節(jié)。該系統(tǒng)可實現(xiàn)多通道控制，每個臥式通道負責加工產(chǎn)品的一部分。通過定制化軟件，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。

5.1 加工坐標系設定

圖10 加工坐標系設定              圖11 通用設定畫面

加工坐標系設定如圖10所示。其特點主要有:

可以將三通道的加工工件坐標系放在一起，用來比較以及反復確認;增加微量調(diào)整，避免輸錯，并且調(diào)整速度快;此外，系統(tǒng)可提供鉆孔和絲錐專用的Z軸尺寸，互不影響。

5.2 通用設定畫面

通用設定畫面如圖11所示，參數(shù)化編程包含:刀具號、刀具長度、刀具直徑、鉆孔深度、鉆孔/攻螺紋轉(zhuǎn)速、進給速度、牙距、快移速度、快移定位、逐鉆工藝、抬刀量及一攻到底。

5.3 加工工件的坐標程序

圖12 加工工件的坐標程序                 圖13 加工統(tǒng)計

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(guī)律的孔位加工:圓形以及矩形排列。②不規(guī)則孔加工方案:可以定制孔加工的工藝程序，進行固化。

5.4 加工統(tǒng)計

加工統(tǒng)計主要是給機床使用情況做統(tǒng)計，如圖13所示。

可以看出，通過統(tǒng)計開機時間、運行時間、加工件數(shù)等，可以有效地對生產(chǎn)管理所需信息進行統(tǒng)計，引導生產(chǎn)管理人員進一步優(yōu)化加工工藝和提高加工效率。

6.結(jié)束語

該機床大大提高了電池托盤加工的自動化水平和加工效率，現(xiàn)有的單機生產(chǎn)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。電池托盤是型材焊接件，定位基準誤差大，工件自身變形大，采用多次定位極易導致孔位偏差，因此應盡量采用一次性加工，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(zhì)量的大幅提高，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(chǎn)。