本发明涉及锂电池加工技术，特别涉及一种电芯烫孔插芯装置及制作设备。
背景技术：
当前，国内厂商在一些电池生产时，针对电池的电芯的烫孔、插芯装置多为单动作，不能在同一个装置上实现两个动作。常用的电芯的烫孔、插芯装置，由于动作的单一性，工作动作不连贯，自动化程度低，易造成生产效率低等问题。
在电气化生产的大环境下，控制器、气缸等部件的联动可实现多工作同时进行，可提高电芯加工的自动化，达到一个快速循环、连贯稳定、高效完成对电芯快速地定位、烫孔、插芯的目的。
技术实现要素：
本发明的主要目的是提出一种电芯烫孔插芯装置及制作设备，旨在高效地完成电芯的定位、烫孔、插芯工序，提高生产效率。
为实现上述目的，本发明提出的一种电芯烫孔插芯装置，其包括竖直设置的基板，所述基板上设置有可调整工位的电芯夹持组件，在基板前侧设置用于运输电芯的电芯输送组件、对电芯进行烫孔的烫针烫孔组件，对已烫孔的电芯进行插接芯棒的芯棒推送组件以及用于往复切换所述烫针烫孔组件和芯棒推送组件的加工工位的工位切换组件；
所述电芯夹持组件包括电芯夹爪，所述电芯夹爪上设置有多个用于夹持定位电芯的滚轮；所述烫针烫孔组件包括烫针、步进电机和烫针气缸，所述烫针与所述步进电机的输出端连接，所述烫针气缸可驱动步进电机带动旋转的烫针插入电芯的轴心；所述工位切换组件包括底板、安装座和驱动组件，所述安装座设置在所述电芯夹持组件的下方，所述底板可往复滑动安装在所述安装座上，所述烫针烫孔组件和所述芯棒推送组件均设置在所述底板上朝向所述电芯夹持组件，所述驱动组件驱动所述底板在安装座上相对所述电芯夹持组件来回移动，实现在所述烫针烫孔组件和芯棒推送组件的加工工位的切换。
优选地，所述电芯烫孔插芯装置还包括控制器，所述控制器连接所述电芯夹持组件、电芯输送组件、烫针烫孔组件、芯棒推送组件及工位切换组件；
所述控制器发出夹取指令，控制所述电芯夹爪夹持电芯至加工工位；
所述控制器发出烫孔指令，控制所述烫针气缸带动旋转的烫针插入电芯的轴心进行烫孔；
所述控制器发出切换指令，控制驱动组件切换所述烫针烫孔组件和芯棒推送组件的加工工位；
所述控制器发出插芯指令，控制芯棒推送组件往已烫好的孔里推送芯棒。
优选地，所述滚轮的数量为偶数个，偶数个所述滚轮对称设置在所述电芯的两侧且沿所述电芯的轴心周向设置，且偶数个所述滚轮的轴心连线的几何中心与所述电芯的轴心重合。
优选地，所述滚轮的数量为奇数个，奇数个所述滚轮沿所述电芯的轴心周向设置，且其中一滚轮设置在所述电芯的正上方，其它滚轮对称设置在电芯两侧，且所述滚轮的轴心连线的几何中心与所述电芯的轴心重合。
优选地，所述电芯夹持组件包括设置在基板上的垂直立板和设置在垂直立板的滑轨安装板，所述垂直立板上开设有槽口，所述垂直立板通过槽口锁螺丝安装在槽口内与基板活动连接，所述滑轨安装板上开设有止付孔，通过止付螺丝以实现滑轨安装板的锁止付。
优选地，所述烫针烫孔组件还包括第一滑轨、设置于第一滑轨上便于烫针固定的烫针固定缓冲座、设置于烫针固定缓冲座前侧沿第一滑轨方向便于烫针插入加热的烫针加热器，所述步进气缸安装在烫针固定缓冲座的后侧，所述所述烫针气缸的活塞推块与烫针固定缓冲座连接，所述烫针气缸推动步进电机、烫针固定缓冲座及烫针沿第一滑轨前移，使烫针穿过烫针加热器后，旋转插入电芯的轴心或后移退出电芯轴心复位。
优选地，所述芯棒推送组件包括用于对烫孔推送芯棒的芯棒推送针、第二滑轨、设置于第二滑轨上推送针滑块座、设置于推送针滑块座前侧沿第二滑轨方向便于放置定位芯棒的芯棒定位套以及驱动推送针滑块座和芯棒推送针移动的芯棒推送针气缸，所述芯棒推送针气缸的活塞推块与推送针滑块座连接，芯棒推送针气缸推动推送针滑块座及芯棒推送针沿第二滑轨前移，进入芯棒定位套中，将芯棒向前推送入电芯中已加工的烫孔或后移退出芯棒定位套复位。
优选地，所述芯棒推送组件还包括用于放置芯棒的芯棒盒、用于固定所述芯棒盒的芯棒盒安装块、用于固定所述芯棒定位套的定位套固定座及芯棒准备气缸，所述定位套固定座固定安装在底板上，所述芯棒定位套上具有芯棒安装槽，所述芯棒安装槽对应所述芯棒盒的出芯口的工位设置，所述芯棒准备气缸包括芯棒搅动爪，所述芯棒搅动爪伸入所述芯棒盒内设置，以搅动所述芯棒。
优选地，所述工位切换组件还包括左限位块和右限位块，所述驱动组件包括前移气缸，所述左限位块和右限位块分别安装在所述安装座沿底板的移动方向上的两侧，以限制前移气缸驱动底板的工位切换行程。
本发明还提出一种电芯制作设备，包括电芯卷绕装置，还包括上述的电芯烫孔插芯装置，卷绕后的电芯通过电芯输送组件经过所述电芯烫孔插芯装置时完成电芯夹取定位、烫孔和插芯工序。
本发明的技术方案，通过电芯夹持组件的滚轮对电芯快速准确定位，烫针烫孔组件中步进电机驱动烫针高速旋转，降低了烫针烫孔的阻力，加快烫孔的效率，还有工位切换组件在对烫针烫孔组件和芯棒推送组件加工工位的自动快速切换。这样有效地保证电芯的夹取定位、烫孔、插芯动作的协作性和连贯性，实现了装置加工的高度自动化，从而达到高效地完成对电芯的加工目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明电芯烫孔插芯装置一实施例的结构示意图；
图2为图1中电芯烫孔插芯装置另一角度的结构示意图；
图3为图1中电芯烫孔插芯装置中电芯夹持组件的局部结构示意图；
图4为图3中电芯烫孔插芯装置中电芯夹持组件的主视图；
图5为图1中电芯烫孔插芯装置中烫孔加工的局部结构示意图；
图6为图1中电芯烫孔插芯装置中插芯加工的局部结构示意图；
图7为图1中电芯烫孔插芯装置中芯棒定位套的结构示意图；
图8为图1中电芯烫孔插芯装置中芯棒盒的安装结构示意图；
图9为图1中电芯烫孔插芯装置中工位切换组件的局部结构示意图；
图10为电芯烫孔插芯装置的电控原理图。
附图标号说明：
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸根据上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(根据附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，根据果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
为了提高烫孔插芯的效率，本发明提出一种新的电芯烫孔插芯装置，请参照图1至图10，图1和图2示出了本发明的电芯烫孔插芯装置一实施例的结构示意图。
所述电芯烫孔插芯装置包括竖直设置的基板100，该基100板上设置有可调整工位的电芯夹持组件300，在基板100前侧设置用于运输电芯200的电芯输送组件400、对电芯进行烫孔的烫针烫孔组件500，对已烫孔的电芯200进行插接芯棒的芯棒推送组件600以及用于往复切换所述烫针烫孔组件500和芯棒推送组件600的加工工位的工位切换组件700；该电芯夹持组件300包括电芯夹爪330，该电芯夹爪上330设置有多个用于夹持定位电芯的滚轮331；该烫针烫孔组件500包括烫针510、步进电机520和烫针气缸530，该烫针510与该步进电机520的输出端连接，该烫针气缸530可驱动步进电机520带动旋转的烫针510插入电芯200的轴心；该工位切换组件700包括底板710、安装座720和驱动组件730，该安装座720设置在该电芯夹持组件300的下方，该底板710可往复滑动安装在该安装座720上，该烫针烫孔组件500和该芯棒推送组件600均设置在该底板710上朝向该电芯夹持组件300，该驱动组件730驱动该底板710在安装座720上相对该电芯夹持组件300来回移动，实现在该烫针烫孔组件500和芯棒推送组件600的加工工位的切换。
具体地，本实施例中，电芯运输组件400包括v形块，v形块被均匀间隔地设置在传送带上，用于承接每个圆柱形的电芯200并控制每个电芯200的轴向相对于传动输送方向垂直放置，然后将电芯200输送至电芯夹持组件300下方。
电芯烫孔插芯装置具体的工作流程：当电芯输送组件400将其中一个电芯200运送至电芯夹持组件300底下，电芯夹持组件300中的电芯上托部360托起电芯200，夹爪移动气缸350控制电芯夹爪330下移，夹爪控制气缸340控制夹爪打开，对准待插芯的电芯200夹紧并快速地定位至加工工位，此时烫针烫孔组件500正处于烫孔的加工的工位上，对准电芯200的轴心，且步进电机520带动烫针510高速旋转，烫针气缸530带动旋转的烫针510插入电芯200的轴心烫出一个通孔，然后缩回到原来位置，完成烫孔步骤；接着，安装在安装座720上的驱动组件730驱动底板710移动，以切换烫针烫孔组件500和芯棒推送组件600所处的加工的工位，其中，驱动组件730可以为前移气缸731。当芯棒推送组件600切换到插芯的工位时，对准已烫好的孔里推送芯棒，然后缩回到原来位置，完成插芯步骤。插芯完成后，底板710带动烫针烫孔组件500和芯棒推送组件600返回到最初的工位，准备下一次的烫孔插芯的循环。
本发明的技术方案，通过电芯夹持组件300的滚轮331对电芯200快速准确定位，烫针烫孔组件500中步进电机520驱动烫针510高速旋转，降低了烫针510烫孔的阻力，加快烫孔的效率，还有工位切换组件700在对烫针烫孔组件500和芯棒推送组件600加工工位的自动快速切换。这样就有效地保证电芯200的夹取定位、烫孔、插芯动作的协作性和连贯性，实现了装置加工的高度自动化，从而达到高效地完成对电芯200的加工目的。
为了实现自动控制，参考图10，该电芯烫孔插芯装置还包括控制器900，该控制器900连接该电芯夹持组件300、电芯输送组件400、烫针烫孔组件500、芯棒推送组件600及工位切换组件700；该控制器900发出夹取指令，控制该电芯夹爪330夹持电芯200至加工工位；该控制器900发出烫孔指令，控制该烫针气缸530带动旋转的烫针510插入电芯200的轴心进行烫孔；该控制器900发出切换指令，控制驱动组件730切换该烫针烫孔组件500和芯棒推送组件600的加工工位；该控制器900发出插芯指令，控制芯棒推送组件600往已烫好的孔里推送芯棒。具体地，控制器900的控制流程为：当一个电芯200被运输至电芯夹持组件300下时，接收控制器900的指令。电芯输送组件400和电芯夹持组件300接收到控制器900发出的夹取指令后，电芯输送组件400的传送带停止传动，电芯夹持组件300开始工作。夹爪移动气缸350驱动电芯夹爪330向电芯200移动，然后夹爪控制气缸340驱动电芯夹爪330对电芯200进行夹持，并定位至加工工位。此时，电芯200处于烫孔工位，控制器900控制烫针气缸550驱动高速旋转的烫针510对电芯200进行烫孔；烫孔完毕，再控制前移气缸731对电芯200的加工工位进行切换，转换成插芯工位，再对芯棒推送针气缸650控制，以驱动芯棒推送组件600对烫好的孔里。插芯完毕后，电芯夹爪330将电芯200放回至电芯输送组件400上，控制器控制记录一次烫孔插芯作业，再对下一个电芯200进行新的烫孔插芯的作业，以此往复控制。通过控制器900的自动控制，以实现电芯运输组件400的运输、电芯夹持组件300对电芯200夹持固定、电芯200的烫孔和插芯全过程自动化，提高生产效率。
为了适应不同的需求，该滚轮331的数量可以为偶数个，也可以为奇数个。
当滚轮331的数量为偶数个时，偶数个该滚轮331对称设置在该电芯200的两侧且沿该电芯200的轴心周向设置，使滚轮331分布均匀，且该偶数个滚轮331的轴心连线的几何中心与该电芯200的轴心重合，这样可以使滚轮331夹持电芯200更加稳固。当滚轮331的数量可以为奇数个时，奇数个该滚轮331沿该电芯200的轴心周向设置，且其中一滚轮331设置在该电芯200的正上方，对电芯200夹持有辅助定位的作用，使电芯200进入电芯夹爪331时快速找准位置；其它滚轮331对称设置在电芯200两侧，且该滚轮的轴心连线的几何中心与该电芯的轴心重合，也可以使滚轮331夹持电芯200更加稳固。可以理解的是，不管是奇数个还是偶数个滚轮331，只要滚轮331的轴心连线的几何中心与该电芯200的轴心重合，滚轮331在电芯200的外周面上受力的方向都是指向轴心，这样可以使电芯200受力均衡，夹持更加稳固，定位更加快速，加工更加精确，使生产效率进一步提高，从而达到高效生产的目的。
为了便于调整，参考图3和图4，该电芯夹持组件300包括设置在基板100上的垂直立板310和设置在垂直立板310的滑轨安装板320，该垂直立板310上开设有槽口321，该垂直立板310通过槽口锁螺丝安装在槽口321内与基板100活动连接，该滑轨安装板320上开设有止付孔322，通过止付螺丝以实现滑轨安装板320的锁止付。具体地，在本实施例中，调整槽口锁螺丝在槽口321内位置，从而调整垂直立板310在基板100上沿基板100宽度方向上的移动距离。同时，优选地，在滑轨安装板320上对称设有的四个止付孔322来实现锁止付的。如果同时锁紧第一止付孔3221和第二止付孔3222时，则整个滑轨安装板320的上半部分往前倾。如果同时锁紧第一止付孔3221和第三止付孔3223时，则整个滑轨安装板320左板部分往前倾。还有其他的止付孔322的组合方式，以适合不同的调整要求，在此不作具体的限定。如此设置，可以在电芯夹持组件300夹住电芯200的中心不跟烫针510和芯棒推送针610共线时也能实现微调，进一步提供加工的精确度。另外，为了便于调整，参考图3，该电芯烫孔插芯装置还包括下取料限位块800，该电芯夹持组件300还包括缓冲器323，该下取料限位块800用来调整缓冲器323的伸出长度，以限制电芯夹持组件300沿基板100的长度方向上的移动距离。另外，还可以利用夹爪移动气缸350的活塞杆的接头来限制活塞杆的运动行程，进而来控制限制电芯夹持组件300沿基板100的长度方向上的移动距离。
为了利于完成烫孔，参考图5，该烫针烫孔组件还包括第一滑轨540、设置于第一滑轨540上便于烫针510固定的烫针固定缓冲座550、设置于烫针固定缓冲座550前侧沿第一滑轨540方向便于烫针510插入加热的烫针加热器560，该步进气缸520安装在烫针固定缓冲座550的后侧，该烫针气缸530的活塞推块与烫针固定缓冲座550连接，该烫针气缸530推动步进电机520、烫针固定缓冲座550及烫针510沿第一滑轨540前移，使烫针510穿过烫针加热器560后，旋转插入电芯200的轴心或后移退出电芯200轴心复位。具体地，在本实施例中，烫针气缸530固定安装在底板710上，且烫针气缸530通过活塞推块连接着烫针固定缓冲座550，而烫针510是安装在烫针固定缓冲座550上。烫针气缸530的活塞杆的驱动方向与烫针510的移动方向相反设置，即当烫针510相对电芯200向前移动时，烫针气缸530的活塞杆会缩回运动，从而拉动烫针固定缓冲座550和烫针510向电芯200方向移动，如此设置，可以合理布置底板710的使用空间，优化了装置的性能。
进一步地，烫针510从烫针固定缓冲座550内部穿过，由于烫针固定缓冲座550内部装有弹簧，当烫针510遇到阻碍而不能前进顺利烫孔时，烫针510尾部顶着烫针固定缓冲座550内部杆退回并压缩弹簧，当经过设置在烫针固定缓冲座550内部的近接开关时，而近接开关感应产生控制信号驱动烫针气缸530带动烫针510退回原来位置，这样，防止烫针510受阻时强行前进，从而保护烫针510不受到损坏，进而提高加工的安全性。
为了利于插芯，参考图6，该芯棒推送组件600包括用于对烫孔推送芯棒的芯棒推送针610、第二滑轨620、设置于第二滑轨620上推送针滑块座630、设置于推送针滑块座630前侧沿第二滑轨620方向便于放置定位芯棒的芯棒定位套640以及驱动推送针滑块座630和芯棒推送针610移动的芯棒推送针气缸650，该芯棒推送针气缸650的活塞推块与推送针滑块座630连接，芯棒推送针气缸650推动推送针滑块座630及芯棒推送针610沿第二滑轨620前移，进入芯棒定位套640中，将芯棒向前推送入电芯200中已加工的烫孔或后移退出芯棒定位套640复位。具体地，在本发明一实施例中，芯棒推送针气缸650固定安装在底板710上，且芯棒推送针气缸650通过活塞推块连接着推送针滑块座630，而芯棒推送针610是安装在推送针滑块座630上。芯棒推送针气缸650的活塞杆的驱动方向与芯棒推送针610的移动方向相反设置，即当芯棒推送针610相对电芯200向前移动时，芯棒推送针气缸650的活塞杆会缩回运动，从而拉动推送针滑块座630和芯棒推送针610向电芯200方向移动。在移动过程中，芯棒推送针610进入芯棒前移定位套中，将在芯棒定位套640中的芯棒推送进已烫好的孔中，完成插芯。如此设置，可以合理布置底板710的使用空间，优化了装置的性能。
为了能及时补充芯棒，参考图7至图8，该芯棒推送组件600还包括用于放置芯棒的芯棒盒660、用于固定该芯棒盒660的芯棒盒安装块661、用于固定该芯棒定位套640的定位套固定座670及芯棒准备气缸680，该定位套固定座670固定安装在底板710上，该芯棒定位套640上具有芯棒安装槽641，该芯棒安装槽641对应该芯棒盒660的出芯口的位置设置，该芯棒准备气缸680包括芯棒搅动爪681，该芯棒搅动爪681伸入该芯棒盒660内设置，以搅动该芯棒。具体地，在本实施例中，烫孔前移定位套是个笔形零件，在中间圆柱的一面开了个用于安装芯棒的芯棒安装槽641。烫孔前移定位套和芯棒盒660同时固定安装定位套固定座670上，且烫孔前移定位套设置在芯棒盒660的底部，而芯棒安装槽641斜向对着芯棒盒660出芯口。多根芯棒横着堆满芯棒盒660内，每次因为芯棒定位套640的芯棒安装槽641的槽口321大小的限制，每次只能允许一根芯棒滚入芯棒安装槽641的槽口321里，而芯棒准备气缸680带动芯棒搅动爪681来回运动一次，是为了防止芯棒相互堆积在芯棒盒660卡住而没有一根芯棒落入芯棒定位套640，这样搅动芯棒能保证每次有根芯棒落入芯棒定位套640内。
为了保证加工的准确性，参考图9，该工位切换组件700还包括左限位块740和右限位块750，该驱动组件730包括前移气缸731，该左限位块740和右限位块750分别安装在该安装座720沿底板710的移动方向上的两侧，以限制前移气缸731驱动底板710的工位切换行程。具体地，在本发明的一实施例中，当需要切换烫针烫孔组件500和芯棒推送组件600的加工工位时，工位切换组件700的驱动组件730会驱动底板710和设置在底板710上的组件机构朝向左限位块740的方向移动，直到左限位块740所限制的极限停止，此时，芯棒推送组件600正对准电芯200的加工工位。当芯棒推送组件600加工完毕后，驱动组件730又会驱动底板710及组件机构朝向右限位块750的方向移动，直到右限位块750所限制的极限位置，所停止的位置正好是烫针烫孔组件500对准电芯200的加工工位。这样，可以保证准确定位烫针烫孔组件500和芯棒推送组件600的加工位置，从而提高烫孔和插芯的精确性，提高产品的成品率。另外，还可以在左限位块740和右限位块750设置缓冲件，用于缓冲前移底板底板710移动的速度，避免限位块对底板710限位可能发生激烈的碰撞，保护底板710和限位块。
本发明还提出一种电芯制作设备，该电芯制作设备包括电芯卷绕装置和电芯烫孔插芯装置，该电芯烫孔插芯装置的具体结构参照上述实施例，由于电芯烫孔插芯装置采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。卷绕后的电芯通过电芯输送组件经过该电芯烫孔插芯装置时完成电芯烫孔和插芯工序。
以上该仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。