開發(fā)背景
激光加工作為一種先進(jìn)的制造技術(shù)，具有應(yīng)用范圍廣、工藝靈活性好、加工精度高、質(zhì)量好、生產(chǎn)過程清潔以及便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、柔性化、智能化和提高產(chǎn)品質(zhì)量、勞動(dòng)生產(chǎn)率等優(yōu)點(diǎn)，因此在各行各業(yè)得到廣泛運(yùn)用，特別是對(duì)于新興的新能源電池行業(yè)，激光焊接技術(shù)正越來越受到青睞。
在提倡環(huán)保的當(dāng)今社會(huì)，動(dòng)力電池作為新能源汽車的心臟部件，其使用壽命、安全性能以及成本無一不深刻影響著新能源電池的發(fā)展與推廣。傳統(tǒng)新能源電池的極片連接方式均采用螺釘連接式，經(jīng)常出現(xiàn)螺釘松動(dòng)導(dǎo)致極片接觸不良甚至脫落的現(xiàn)象，使得電池壽命減短，同時(shí)造成極大的安全隱患，此外螺釘連接的方式成本高，效率低，用于新能源電池行業(yè)的激光焊接系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。IGBT驅(qū)動(dòng)模塊控制器焊接系統(tǒng)是武漢法利萊激光切焊系統(tǒng)工程有限公司所研發(fā)的專門用于新能源電池極片焊接的高端激光焊接產(chǎn)品。
產(chǎn)品介紹
IGBT驅(qū)動(dòng)模塊控制器焊接系統(tǒng)主要用于新能源電池極片控制器生產(chǎn)線激光焊接加工系統(tǒng)，采用固定機(jī)床（X/Y/Z/C四個(gè)伺服運(yùn)動(dòng)軸），Z軸固定專用焊機(jī)頭（帶伺服擺動(dòng)軸），通過光纖傳輸將激光導(dǎo)到焊接頭上，照射在待焊材料上，產(chǎn)生極高的焊接溫度，實(shí)現(xiàn)對(duì)IGBT控制器電極進(jìn)行焊接加工，該設(shè)備主要生產(chǎn)零件材料為紫銅、鍍銀紫銅、鋁合金或不銹鋼，厚度在0.5-2.0mm。
帶防護(hù)房體
去除防護(hù)房體
激光器采用德國(guó)TRUMPF公司TRUDISK3001（3000W）碟片激光器，聚焦光斑為0.1mm，采用集成專用冷水接頭，光纖傳輸，通快D70焊接頭，西門子840D控制系統(tǒng)，專用夾具系統(tǒng)等組成。具有方便三維零件的焊接加工、投資成本低，使用成本維護(hù)低、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。
本系統(tǒng)的機(jī)床部分有床身、橫梁、焊接夾具、工作平臺(tái)、Z軸裝置、伺服驅(qū)動(dòng)軸、焊接頭，集成操作控制單元、水氣路，防護(hù)房及防護(hù)裝置等部分組成。XYZ三軸采用通用模組或進(jìn)口導(dǎo)軌及絲杠傳動(dòng)，結(jié)合進(jìn)口控制系統(tǒng)來保證各軸的精密移動(dòng)，同時(shí)能控制X、Y、Z、C四軸三聯(lián)動(dòng)，以滿足不同情況下的需要。
性能指標(biāo)要求
本設(shè)備采用雙工位，初步可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)工位兩邊裝夾，分別焊接，節(jié)拍有較大的可調(diào)整空間。以電池驅(qū)動(dòng)模塊電極角焊縫為主，采用人工上料，氣動(dòng)自動(dòng)夾緊工件，除采用人工上下料外，其余功能可全部實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，能夠滿足生產(chǎn)線要求。
激光焊接機(jī)床相關(guān)技術(shù)指標(biāo)如下表：
設(shè)備占地面積小，造型美觀，調(diào)試、維修、操作方便；
焊縫深度原則上達(dá)到焊縫的100%，根據(jù)實(shí)際需求，當(dāng)強(qiáng)度大于150N時(shí)，可適當(dāng)減小焊縫深度；焊后導(dǎo)電率及電感值能滿足客戶要求。
此外，整套系統(tǒng)控制采用西門子模塊，控制整個(gè)加工過程、夾具狀態(tài)時(shí)，具備良好的密封性，線路清晰美觀，每根線都有明確的標(biāo)識(shí)，所有的防護(hù)門都有互鎖裝置，確保人身安全。本套設(shè)備還提供MES數(shù)據(jù)追溯接口，可保證客戶在使用時(shí)，對(duì)其生產(chǎn)的每一個(gè)產(chǎn)品都能實(shí)時(shí)跟蹤，確保生產(chǎn)質(zhì)量。
難點(diǎn)攻關(guān)
在本項(xiàng)目中，實(shí)施方案最大的難點(diǎn)在于激光焊接速度的提升，目前激光焊接速度達(dá)30m/min。
電池極片材料為紫銅片，每段焊縫長(zhǎng)度為8mm，每個(gè)電池上有6段位置交錯(cuò)的焊縫，而焊接速度要求為30m/min，即焊接過程的出光時(shí)間應(yīng)控制在16ms內(nèi)。
為事項(xiàng)達(dá)到上述要求，進(jìn)行的改進(jìn)及技術(shù)突破有：
1．進(jìn)行驅(qū)動(dòng)優(yōu)化，通過對(duì)電機(jī)等的PID參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，以節(jié)省信號(hào)傳輸及反饋的時(shí)間，并預(yù)留焊接頭的速度從0加速到30m/min的時(shí)間，保證能在8mm的焊縫區(qū)間內(nèi)以30m/min的速度穩(wěn)定焊接；
2．使用多段焊接技術(shù)，以保證焊接頭的空行程時(shí)間最少；
3．采用飛行焊接技術(shù)。飛行焊接技術(shù)為本臺(tái)設(shè)備特有的技術(shù)，在國(guó)內(nèi)焊接領(lǐng)域是首次運(yùn)用。在飛行焊接技術(shù)可保證焊接頭在維持高速穩(wěn)定運(yùn)行的過程中，實(shí)現(xiàn)激光器焊接頭的快速關(guān)斷及出光，從而節(jié)省大量的過渡時(shí)間。
通過以上技術(shù)方案，本工作站可完全滿足上述性能指標(biāo)要求。