电池盖板自动上料机构设计

2018-01-04

焊接 2017年11期

(常州信息职业技术学院，江苏常州 213164)

电池盖板自动上料机构设计

刘军华

(常州信息职业技术学院，江苏常州 213164)

针对电池盖板与镍带的焊接，采用电阻焊机预固定，然后用超声波焊机完成焊接。传统的生产一般采用人工上料方式，阻碍了生产效率的进一步提升。设计的电池盖板自动上料机构，主要由振动送料组件、阻挡组件、抓取组件、推送机构以及翻转机构组成。通过实际生产测试，自动上料机构运行稳定，具备24 h连续工作能力，而且节约2个人工成本。

电池盖板焊接自动上料

0 序言

将镍带与电池盖板通过焊接连接起来，形成电池极片。焊接的方式有电阻焊、超声波焊及激光焊等。电阻焊，通过正负电极对上下层金属材料进行快速加热，熔化形成焊点[1-3]。超声波焊或者激光焊容易实现自动化，被大量应用于电池焊接。超声波焊接设备投入成本较低，是很多电池极片生产厂家首选的焊接方式[4-6]。

随着新能源汽车的进一步发展，对动力电池的需求量越来越大。传统的焊接生产方式主要采用人工上下料，人工焊接操作，人工检测，生产效率低下，人工容易疲劳，无法保证产品的品质[7-8]。人工操作已经不能满足电池的现代化生产需求，急需对产线进行技术升级，提高自动化程度，尽量减少人工操作。

为解决上述问题，设计了电池极片的整套自动化生产设备，主要由电池盖上料机构、转盘组件、超声波焊机、镍带上料机构、控制系统以及相应机械加工件组成。其中电池盖自动上料是比较复杂的机构，文中将详细分析该结构，并在实际生产中检测该系统的稳定性。

1 焊接产品及设备总体设计

1.1 焊接产品

待焊产品为523450AHJ电池盖板和镍带，电池盖板(为组合体)与镍带焊接处材质为纯度99.7%的铝，外观尺寸33.8 mm × 5.25 mm，厚度0.6 mm；镍带材质纯度为99.6%，镍带宽度2.5 mm，厚度0.1 mm。需将二者焊接在一起，焊接位置如图1所示，要求二者焊接牢固可靠，为增加导电率，焊接后二者接触面积尽可能的大。焊接完成后，需对成品进行导电性测试。

图1a为电池盖反面示图，图1b为电池盖正面示图，图1c为焊接完镍带后的示意图，图中所示镍带即为镍带焊接位置。

图1 焊接产品图

1.2 设备的总体设计

电池盖和镍带的体积均较小，对于二者的焊接，因为镍带很薄，故采用超声波焊接。超声波焊接速度较快，且焊接时接头可将镍带和电池片压紧，获得更大的焊接面积和更好的焊接质量，无需额外增加压紧夹具。

超声波焊接速度较快，电池盖和镍带的焊接效率主要取决于二者的上料速度，镍带较薄且面积很小(焊接时镍带面积为8 mm × 2.5 mm)，镍带为整卷来料，需设计相应机构对其进行裁切与送料，盖板体积较小且形状结构不固定，为加快送料效率，需设计专用上料机构，设计采用振动盘对其进行上料。

如图2所示，设备主要由电池盖上料机构、转盘组件、超声波焊机、镍带上料机构、控制系统以及相应机械加工件组成。设备中转盘组件为顺时针旋转，焊接完成后即下料。设备运行流程为：①电池盖上料；②转盘组件旋转一工位，传感器检测电池盖有无；③转盘继续旋转一工位，镍带上料工位开始上镍带(包括裁切等)，同时将镍带和盖板点焊焊在一起(电阻焊)；④转盘组件再旋转一个工位，超声波焊机将镍带和盖板完全焊接在一起，焊接完成后下料。转盘旋转一个工位，电池盖上料(此后重复①→④→①)。

整个焊接分为点焊和超声波焊两部分，用点焊预焊，可将镍带固定在盖板上，然后通过超声波焊，增加焊缝面积，即增加两者的接触面积，增加导电性。

图2 设备总体视图

2 电池盖上料机构设计

电池盖整体外观尺寸为33.8 mm ×5.25 mm × 2.4 mm，尺寸较小，采用振动盘上料方式，总体机构如图3a所示，主要由振动送料组件、阻挡组件、抓取组件以及相应机械加工件组成。电池盖经过振动上料组件的分选排列，被抓取组件逐个抓取并放到转盘组件上,盖板上料机构如图3b所示。

2.1 阻挡组件设计

根据电池盖板零件的形状和体积,电池来料最终排列形式如图4a所示，盖板经过振动盘筛选后，逐个排列在直振料道上。在直振料道尾部增加阻挡机构，可克服震动送料时零件往前的冲力，可将盖板限制在直振料道内。阻挡机构主要由底座、固定块、挡块、盖板挡板以及弹簧等组成，固定块和挡块内开有一螺纹孔，内部塞由一弹簧，弹簧尾部用紧固螺钉将其固定在固定块内部，调节螺钉可调节变盖板挡板的阻挡力。挡块和盖板挡板通过螺钉连接，二者的组合体置于固定块上，通过等高螺丝将其连接。挡块和盖板挡板可自由转动，挡块形状如图4b所示，这种形状具有限位功能，能限制盖板挡板的运动范围。

图3 电池盖上料机构

图4 阻挡机构

2.2 抓取机构设计

电池盖板经过阻挡机构挡住后，抓取机构内的气缸将盖板夹紧，气爪带着盖板往前运动。盖板为组合体，盖板挡板正好挡在盖板的凸台处，如图5a所示，当一个盖板被取走以后，盖板挡板即刻挡住下一个盖板。抓取机构主要由推送机构和翻转机构两部分组成，两部分连接在一起，推送机构的水平运动被翻转机构转化为旋转运动，实现电池盖板由竖直向水平的姿态调整，盖板最终被放置在周转机构上，如图5b所示，周转机构后面增加推料机构，可将周转机构上的盖板推入到随行夹具内。

2.2.1推送机构设计

推送机构和翻转机构两大部分组合在一起，形成整体。机构主要由气缸、缓冲器、槽板、随动凸轮、转轴、线性滑轨以及相应机械加工件组成。其中，槽板固定在线性滑轨组成的直线运动副上，线性滑轨固定在底座上，随动凸轮固定在连接块上，连接块和转子固定在一起(二者无相对运动),推送机构细节图如图6所示。当气缸伸出时，会带着槽板往右运动，此时槽板可通过随动凸轮驱动连接块运动，从而实现对转轴的驱动(旋转)，通过调节缓冲器可实现对气缸行程的精确控制，实现对转轴旋转角度的精确控制。

图5 抓取机构

图6 推送机构机构总图

2.2.2翻转机构设计

翻转机构实现对电池盖板姿态的调整，即将电池盖板翻转90°。机构主要由齿轮传动副、连接块1，连接块2、气爪、盘形凸轮、接触球、活动拨杆以及相应机械加工件组成，如图7a所示，翻转机构细节如图7b所示。

接触球固定在活动拨杆上，可沿着活动拨杆轴向方向自由转动；气爪固定在连接块1上；连接块1通过一根轴穿过连接块2和齿轮固定在一起，齿轮的旋转可带动连接块1和气爪的旋转；图7c中活动拨杆和图7a中左边的齿轮通过轴A和连接块2连接在一起，三者无相对滑动，活动拨杆与连接块2之间配备一根扭簧，可使与活动拨杆连接的接触球始终与盘形凸轮接触；盘形凸轮为起固定作用的零件，整个机构在运动过程中，盘形凸轮固定。

推送机构内气缸的运动，最终驱动转轴旋转，转轴旋转角度为90°,完成方向的姿态改变；转轴转动的同时，齿轮传动副和连接块2，活动拨杆等也绕着转轴旋转90°,整个运动过程中接触球始终接触盘形凸轮，活动拨杆亦绕着齿轮的轴向方向旋转，通过轴A带动整个齿轮传动副运动，齿轮传动副将运动传递给连接块1和气爪，实现另一方向上的姿态改变，如图7d所示。