(Đồ án hcmute) nghiên cứu và chế tạo máy hàn cell pin

GIỚI THIỆU

Tính cấp thiết của đề tài

Đề tài "Máy hàn cell pin" có thể được coi là cấp thiết vì các lý do sau đây:

Sự phát triển của ngành công nghiệp pin: Trong thời gian gần đây, ngành công nghiệp pin đang trải qua sự phát triển mạnh mẽ, đặc biệt là trong lĩnh vực pin lithium-ion. Điều này gắn liền với nhu cầu ngày càng tăng của các thiết bị di động, xe điện, lưu trữ năng lượng và các ứng dụng khác Để đáp ứng nhu cầu này, quy trình sản xuất cell pin cần được cải tiến và tối ưu hóa, trong đó máy hàn cell pin đóng một vai trò quan trọng.

Tăng cường hiệu suất và chất lượng: Quá trình hàn cell pin có ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và chất lượng của pin Một máy hàn cell pin tiên tiến và chất lượng cao có thể cải thiện sự kết nối và ổn định của các cell pin, làm tăng hiệu suất hoạt động và tuổi thọ của pin Điều này rất quan trọng để đáp ứng yêu cầu ngày càng cao về hiệu năng và độ tin cậy của các hệ thống sử dụng pin.

Tối ưu hóa quy trình sản xuất: Một máy hàn cell pin tiên tiến có thể giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất Máy hàn có thể cung cấp tính tự động hoá cao hơn, độ chính xác và độ ổn định trong quá trình hàn, giảm thiểu lỗi và phụ thuộc vào nhân lực, từ đó cải thiện năng suất và giảm chi phí sản xuất.

Tính cạnh tranh của doanh nghiệp: Máy hàn cell pin tiên tiến có thể là một lợi thế cạnh tranh cho các doanh nghiệp hoạt động trong ngành công nghiệp pin Các doanh nghiệp có thể nâng cao chất lượng sản phẩm và năng suất sản xuất thông qua việc sử dụng công nghệ hàn tiên tiến, đồng thời tăng tính cạnh tranh trên thị trường.

Tóm lại, đề tài "Máy hàn cell pin" là cấp thiết trong bối cảnh sự phát triển của ngành công nghiệp pin và yêu cầu ngày càng cao về hiệu suất và chất lượng sản phẩm.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Ý nghĩa khoa học: Đóng góp vào nền tảng kiến thức: Nghiên cứu và phát triển máy hàn cell pin sẽ đóng góp vào việc mở rộng kiến thức về quá trình hàn và kỹ thuật kết nối cell pin trong lĩnh vực pin và ngành công nghiệp điện tử Máy hàn cell pin có thể tạo ra những phát hiện mới và tiến bộ trong công nghệ hàn, vật liệu và thiết kế máy móc.

Tối ưu hóa quy trình sản xuất: Nghiên cứu và phát triển máy hàn cell pin sẽ tập trung vào việc tối ưu hóa quy trình sản xuất và có thể đưa ra các phương pháp, công nghệ và thông số quan trọng để cải thiện hiệu suất và chất lượng hàn, giảm thiểu lỗi và tăng năng suất Những hiểu biết này có thể được áp dụng rộng rãi trong các quy trình sản xuất pin và ngành công nghiệp điện tử.

Khám phá và thử nghiệm công nghệ mới: Trong quá trình nghiên cứu, có thể tạo ra các công nghệ mới và phương pháp hàn tiên tiến, chẳng hạn như hàn plasma, hàn đoạn hay các phương pháp kết nối khác Điều này có thể mở ra cánh cửa cho sự phát triển và ứng dụng của các công nghệ mới trong ngành công nghiệp pin và ngành công nghiệp điện tử. Ý nghĩa thực tiễn:

Nâng cao chất lượng sản phẩm: Máy hàn cell pin tiên tiến giúp đảm bảo chất lượng kết nối giữa các cell pin trong quá trình sản xuất Điều này cung cấp một cơ sở vững chắc cho chất lượng và hiệu suất của pin cuối cùng Một quá trình hàn ổn định và chính xác giúp giảm thiểu các lỗi kết nối, đảm bảo rằng các cell pin hoạt động tốt và không gặp sự cố trong quá trình sử dụng.

Tăng độ tin cậy và tuổi thọ của pin: Việc sử dụng máy hàn cell pin tiên tiến có thể cải thiện độ tin cậy và tuổi thọ của pin Kết nối cell pin chắc chắn và ổn định giúp giảm nguy cơ hỏng hóc và mất mát năng lượng trong quá trình sử dụng Điều này dẫn đến sự tin cậy cao hơn và tuổi thọ kéo dài của pin, giúp người dùng tiết kiệm thời gian và tiền bạc trong việc thay thế pin.

Tối ưu hóa quy trình sản xuất: Máy hàn cell pin hiện đại cung cấp tính tự động hoá cao và độ chính xác trong quá trình hàn Điều này giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất bằng cách giảm thiểu sự phụ thuộc vào nhân lực và tăng năng suất Các quy trình hàn tự động và chính xác giúp tiết kiệm thời gian, tăng khả năng sản xuất và giảm chi phí lao động.

Cạnh tranh và tiếp cận thị trường: Sử dụng máy hàn cell pin tiên tiến giúp các doanh nghiệp nâng cao tính cạnh tranh trong ngành công nghiệp pin Các công nghệ hàn và quy trình sản xuất tiên tiến giúp cải thiện chất lượng và hiệu suất sản phẩm, từ đó thu hút khách hàng và tạo ra lợi thế so với các đối thủ cạnh tranh Đồng thời, việc sử dụng máy hàn cell pin tiên tiến giúp các doanh nghiệp tiếp cận thị trường nhanh chóng và linh hoạt hơn, đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của khách hàng.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

Tìm hiểu về các phương pháp hàn hiện có: Mục tiêu đầu tiên của nghiên cứu là tìm hiểu về các phương pháp hàn cell pin hiện có như hàn laser, hàn điện trở, hàn siêu âm và xác định ưu điểm và hạn chế của từng phương pháp Qua đó, nghiên cứu sẽ đánh giá và so sánh khả năng ứng dụng của các phương pháp này trong việc hàn cell pin.

Thiết kế và phát triển máy hàn cell pin tiên tiến: Mục tiêu tiếp theo là thiết kế và phát triển một máy hàn cell pin tiên tiến, tận dụng các công nghệ và phương pháp hiện đại để cải thiện hiệu suất hàn và chất lượng kết nối. Đánh giá hiệu quả của máy hàn cell pin mới: Mục tiêu tiếp theo là đánh giá hiệu quả của máy hàn cell pin mới trong môi trường thực tế Qua các thử nghiệm và kiểm tra, nghiên cứu sẽ đánh giá và so sánh hiệu suất, chất lượng và độ tin cậy của máy hàn cell pin mới so với các phương pháp hàn truyền thống Điều này giúp xác định tính khả thi và ưu điểm của máy hàn cell pin mới và đề xuất cải tiến nếu cần thiết.

Nghiên cứu các thông số quan trọng: Mục tiêu cuối cùng là nghiên cứu các thông số quan trọng như nhiệt độ, thời gian hàn và tác động đến hiệu suất và chất lượng kết nối Qua việc tìm hiểu và phân tích các thông số này, nghiên cứu sẽ đưa ra những khuyến nghị và phương pháp tối ưu để đạt được kết quả tốt nhất trong quá trình hàn cell pin.

Tổng thể, mục tiêu nghiên cứu của đề tài "Máy hàn cell pin" là tìm hiểu, phát triển và đánh giá máy hàn cell pin tiên tiến để cải thiện hiệu suất, chất lượng và độ tin cậy của cell pin.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Cell pin: Máy hàn cell pin tập trung vào quá trình kết nối các cell pin với nhau Do đó, cell pin sẽ là một trong những đối tượng quan trọng trong quá trình nghiên cứu Nghiên cứu có thể tập trung vào việc đánh giá hiệu suất hàn, chất lượng kết nối và độ tin cậy của các cell pin khác nhau, cũng như các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hàn.

Máy hàn cell pin: Đối tượng chính của nghiên cứu là máy hàn cell pin Nghiên cứu sẽ tập trung vào thiết kế, phát triển và đánh giá hiệu quả của máy hàn cell pin Các yếu tố quan trọng như cấu trúc máy, công nghệ hàn, thông số kỹ thuật và tính năng của máy sẽ được xem xét để cải thiện quá trình hàn cell pin.

Công nghệ hàn: Nghiên cứu tập trung vào việc tìm hiểu và so sánh các phương pháp hàn cell pin khác nhau, bao gồm hàn laser, hàn điện trở, hàn siêu âm, hàn plasma và các phương pháp kết nối khác Nhằm tìm hiểu tính năng, ưu điểm, hạn chế và khả năng áp dụng của từng phương pháp hàn.

Thiết kế và phát triển máy hàn: Tập trung vào thiết kế và phát triển máy hàn cell pin tiên tiến Bao gồm việc nghiên cứu và áp dụng các công nghệ và công cụ mới nhằm nâng cao hiệu suất và chất lượng hàn Các yếu tố cần xem xét có thể bao gồm cấu trúc máy, hệ thống điều khiển, cảm biến và thiết bị đo, cũng như tích hợp tính năng tự động hoá và quản lý quy trình.

Hiệu suất và chất lượng kết nối: Tập trung vào đánh giá và cải thiện hiệu suất và chất lượng kết nối cell pin Bao gồm việc xác định các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng kết nối như áp suất, nhiệt độ, thời gian hàn và tác động của chúng. Ứng dụng vào ngành công nghiệp: Nghiên cứu có thể tập trung vào ứng dụng của máy hàn cell pin trong các ngành công nghiệp cụ thể Phạm vi này có thể bao gồm ngành công nghiệp điện tử, ô tô, năng lượng tái tạo và các lĩnh vực khác Nghiên cứu có thể xem xét yêu cầu và tiêu chuẩn của từng ứng dụng và phân tích cách sử dụng máy hàn cell pin để đáp ứng những yêu cầu đó.

Tính thương mại và khả thi: Phạm vi nghiên cứu có thể mở rộng để đánh giá tính thương mại và khả thi của máy hàn cell pin Nghiên cứu xem xét khía cạnh kinh tế, sự tiếp cận thị trường, chi phí sản xuất và tiềm năng ứng dụng trong việc đánh giá khả năng thương mại hóa và áp dụng của máy hàn cell pin.

Phương pháp nghiên cứu

Tìm hiểu về công trình nghiên cứu trước đây: Đọc các bài báo, tạp chí khoa học, sách và công trình nghiên cứu có liên quan Từ đó, nghiên cứu có thể xác định tình hình nghiên cứu hiện tại, các thành tựu đã đạt được và các hướng nghiên cứu tiềm năng.

Xác định mục tiêu và câu hỏi nghiên cứu: Liên quan đến việc tìm hiểu, phát triển, đánh giá hoặc cải tiến máy hàn cell pin Nghiên cứu có thể tập trung vào các khía cạnh kỹ thuật, hiệu suất, chất lượng kết nối, ứng dụng và khả thi thương mại của máy hàn cell pin.

Thu thập dữ liệu và tài liệu: Nghiên cứu cần thu thập dữ liệu và tài liệu cần thiết cho quá trình nghiên cứu Điều này có thể bao gồm các thông số kỹ thuật của máy hàn, dữ liệu về hiệu suất và chất lượng kết nối, thông tin về công nghệ hàn và các nguyên liệu sử dụng trong quá trình hàn cell pin.

Phân tích và xử lý dữ liệu: Sau khi thu thập dữ liệu, nghiên cứu tiến hành phân tích và xử lý dữ liệu Bao gồm việc sử dụng các phương pháp thống kê, phân tích số liệu hoặc các công cụ mô hình hóa để hiểu và đánh giá dữ liệu thu thập được. Đánh giá và đưa ra kết luận: Dựa trên phân tích và xử lý dữ liệu, nghiên cứu sẽ đánh giá kết quả nghiên cứu và đưa ra kết luận So sánh với các công trình nghiên cứu trước đây, đánh giá hiệu suất và chất lượng kết nối, đánh giá ứng dụng và khả thi thương mại của máy hàn cell pin.

Trình bày và báo cáo kết quả: Cuối cùng, nghiên cứu sẽ trình bày và báo cáo kết quả nghiên cứu.

1.5.1 Cơ sở phương pháp luận

Chuẩn bị: Trước khi bắt đầu quá trình hàn, cần kiểm tra và chuẩn bị các thành phần cần thiết bao gồm máy hàn, điện cực hàn, cell pin và các vật liệu hàn khác.

Kiểm tra: Đảm bảo cell pin và các vật liệu hàn đáp ứng các tiêu chuẩn an toàn và chất lượng Kiểm tra trước các thông số kỹ thuật như điện áp, dòng điện và thời gian hàn.

Gá Pin: Sử dụng gá kẹp để đảm bảo cell pin nằm ở vị trí đúng và chắc chắn trong quá trình hàn. Điều chỉnh tham số: Đặt các thông số hàn như điện áp, dòng điện và thời gian hàn phù hợp với cell pin cụ thể Thông số này có thể được thiết lập trên máy hàn.

Tiến hành hàn: Đặt điện cực hàn vào vị trí phù hợp trên cell pin và kích hoạt máy hàn Dòng điện sẽ chảy qua vật liệu hàn và tạo nhiệt, từ đó kết nối các bộ phận của cell pin với nhau.

Kiểm tra sau hàn: Sau khi hoàn thành quá trình hàn, kiểm tra lại sự kết nối và độ ổn định của cell pin Kiểm tra các thông số điện và sự hoạt động của pin để đảm bảo rằng quá trình hàn đã thành công.

Bảo dưỡng và kiểm tra định kỳ: Đảm bảo bảo dưỡng định kỳ máy hàn và các thành phần khác để duy trì hiệu suất và độ tin cậy của máy hàn cell pin.

1.5.2 Các phương pháp nghiên cứu cụ thể Đo lường hiệu suất hàn: Các thông số đo lường bao gồm điện áp hàn, dòng điện, thời gian hàn, nhiệt độ hàn, khả năng kết nối, sự đồng nhất và độ bền hàn Các phương pháp thường được sử dụng bao gồm đo điện trở, đo điện áp, đo nhiệt độ và đo lực.

Mô phỏng và mô hình hóa: Phương pháp này sử dụng các công cụ mô phỏng trên Solidworks và mô hình hóa để nghiên cứu quá trình hàn và hiệu suất hàn của máy hàn cell pin Các công cụ mô phỏng và mô hình hóa giúp dự đoán và tối ưu hóa các yếu tố quan trọng như điện áp, dòng điện, thời gian hàn và vị trí điện cực hàn.

Phân tích độ tin cậy: Phương pháp này tập trung vào nghiên cứu độ tin cậy và tuổi thọ của máy hàn cell pin Nghiên cứu độ tin cậy bao gồm xác định các yếu tố gây hỏng, tối ưu hóa quy trình hàn để đảm bảo tuổi thọ và độ tin cậy của cell pin.

Phân tích tính toán và mô phỏng: Phương pháp này sử dụng các công cụ tính toán và mô phỏng để dự đoán và tối ưu hóa quá trình hàn và hiệu suất hàn Các phương pháp tính toán và mô phỏng bao gồm mô hình toán học, phương trình vi phân, phân tích số và phân tích hệ thống.

Kết cấu của ĐATN

ĐATN bao gồm 6 chương, trong đó chương 2 trình bày về “Tổng quan nghiên cứu đề tài”, chương 3 đế cập đến vấn đề “Cơ sở lý thuyết”, chương 4 đề cập về “Phương hướng và các giải pháp về máy hàn cell pin”, chương 5 đề cập về vấn đề “Tính toán thiết kế máy hàn cell pin”, cuối cùng là chương 6 đề cập đến vấn đề “Thực nghiệm và đánh giá”.

TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

Giới thiệu

Máy hàn cell pin là một thiết bị được sử dụng để kết nối các thành phần của cell pin thông qua quá trình hàn Máy hàn cell pin đóng vai trò quan trọng trong quá trình sản xuất và bảo trì các cell pin.

Các máy hàn cell pin thường có thiết kế nhỏ gọn, dễ sử dụng và có khả năng điều chỉnh các thông số hàn để đáp ứng các yêu cầu cụ thể của từng loại cell pin như: Đa chức năng: Máy hàn cell pin thường có khả năng hàn các kết nối đơn hoặc đa điểm trên cell pin. Điều này cho phép kết nối đồng thời nhiều ống nối hoặc đầu nối, tăng hiệu suất sản xuất; Điều chỉnh thông số: điều chỉnh các thông số như điện áp, dòng điện, thời gian hàn và nhiệt độ hàn Điều này giúp tối ưu hóa quá trình hàn và đảm bảo kết nối chắc chắn và ổn định của cell pin; Tiện ích và linh hoạt: Máy hàn cell pin có thể thay đổi số lượng pin hàn và hàn tự động với số lượng lớn Hiệu suất cao máy hàn cell pin được thiết kế để đảm bảo hiệu suất cao và độ tin cậy trong quá trình hàn Có khả năng hàn nhanh chóng và chính xác, giúp giảm thời gian sản xuất và đảm bảo chất lượng kết nối Tính ổn định và độ tin cậy; Máy hàn cell pin được xây dựng để đảm bảo tính ổn định và độ tin cậy trong quá trình sử dụng.

Chúng thường được làm từ vật liệu chất lượng cao và tuân thủ các tiêu chuẩn an toàn và chất lượng nghiêm ngặt.

Có một số vấn đề liên quan đến máy hàn cell pin mà cần được quan tâm và giải quyết để đảm bảo hiệu suất và độ tin cậy của quá trình hàn như chất lượng mối hàn để kết nối giữa các cell với nha, điều chỉnh thông số hàn, quản lý nhiệt độ, gá pin và giám sát hàn.

Đặc tính của máy hàn cell pin

Máy hàn cell pin có một số đặc tính quan trọng: Độ chính xác: Máy hàn cell pin cần có độ chính xác cao để đảm bảo việc kết nối chính xác và đồng đều giữa các thành phần của cell pin Điều này đặc biệt quan trọng trong các ứng dụng yêu cầu sự chính xác cao như hàn pin lithium-ion cho thiết bị như pin trong máy khoan, máy quạt, sạc dự phòng, pin laptop hoặc pin trong xe đạp điện. Điều khiển tự động: Máy hàn cell pin có thể điều chỉnh các thông số hàn như công suất, nhiệt độ, áp suất và thời gian Điều này giúp đảm bảo quá trình hàn được thực hiện một cách nhất quán và chính xác.

Hiệu suất cao: Máy hàn cell pin có hiệu suất cao để đáp ứng được nhu cầu sản xuất hàng loạt Gồm tốc độ hàn nhanh, thời gian chuẩn bị ngắn và khả năng hoạt động liên tục mà không gặp trục trặc.

Bền vững: Máy hàn cell pin được thiết kế để có tuổi thọ cao và ít hỏng hóc, giúp giảm thiểu thời gian và chi phí bảo trì Hơn nữa, sử dụng các vật liệu hàn không gây hại cho môi trường.

Kết cấu của máy hàn cell pin

Máy hàn cell pin ba trục được thiết kế để hàn các cell pin trong ba chiều không gian. Máy cho phép di chuyển và hàn các cell pin theo các trục x, y và z, tạo ra khả năng định vị và hàn chính xác trong không gian ba chiều.

Bàn làm việc: Bàn làm việc của máy hàn cell pin ba trục cung cấp không gian làm việc để đặt và định vị các cell pin Bàn làm việc được thiết kế với các kẹp, hệ thống giữ để giữ chặt các cell pin trong quá trình hàn.

Hệ thống trục chính (Trục X, Y, Z): Máy hàn cell pin ba trục đi kèm với ba trục chính: trục X, trục Y và trục Z Các trục này cho phép máy di chuyển và định vị các cell pin trong không gian ba chiều Trục X và trục Y thường điều khiển bằng các động cơ bước hoặc servo để thực hiện di chuyển ngang và dọc Trục Z thường điều khiển bằng một động cơ bước hoặc servo để thực hiện di chuyển dọc.

Hệ thống hàn: Hệ thống hàn trong máy hàn cell pin ba trục bao gồm các điện cực hàn và hệ thống điều khiển điện tử để tạo ra dòng điện cao thông qua các điểm tiếp xúc của cell pin để tạo ra mối hàn Hệ thống hàn được tích hợp với các trục chính để đảm bảo quá trình hàn chính xác trong không gian ba chiều. Điều khiển và điều chỉnh: Máy hàn cell pin ba trục được điều khiển và điều chỉnh thông qua các bộ điều khiển và phần mềm điều khiển Điều khiển và điều chỉnh này cho phép người dùng điều chỉnh các thông số quan trọng như vận tốc di chuyển, độ chính xác định vị và các tham số hàn khác.

Hệ thống an toàn: Máy hàn cell pin ba trục cần được trang bị các biện pháp bảo vệ và an toàn tương tự như công tắc hành trình để bảo vệ quá trục.

Các nghiên cứu liên quan đến đề tài

2.4.1 Các nghiên cứu ngoài nước

Hiện tại, nghiên cứu về máy hàn cell pin được tiến hành ở nhiều quốc gia trên thế giới Dưới đây là một số ví dụ về nghiên cứu và công nghệ liên quan đến máy hàn cell pin ở nước ngoài:

Máy hàn pin laser ba trục

Hình 2.4.1 1 Máy hàn laser 3 trục [10]

Bảng 2.4.1 1 Thông số kỹ thuật máy hàn pin laser ba trục

Hành trình Z 400mm Động cơ Động cơ bước hoặc servo

Hệ thống quan sát Hệ thống đèn đỏ và CCD Điện áp đầu vào 220V/50HZ 3pha 380V/50HZ

Phương pháp làm mát Nước làm mát 1P-3P

Tại Trung Quốc Các công ty như BYD, CATL và ATL đã đầu tư vào nghiên cứu và phát triển công nghệ hàn cell pin tiên tiến ví dụ như máy hàn cell pin SUNKKO738AL.

Hình 2.4.1 2 Máy hàn cell pin SUKKO738AL [10]

Bảng 2.4.1 2 Thông số máy hàn cell pin SUNKKO738AL Điện áp đầu vào 110/220V

Phạm vi điều chỉnh cánh tay hàn 95-160mm

Sử dụng Hàn điểm Độ dày hàn bút 0.05-0.2mm (thép mạ niken) Độ dày hàn kim hàn cố định 0.05-0.3mm (thép mạ niken)

Trọng lượng 7.5kg Độ dày hàn tối đa 0.3mm (thép mạ niken)

Hình 2.4.1 3 Máy hàn LITH-IP-5000A [10]

Bảng 2.4.1 3 Thông số kỹ thuật máy hàn LITH-IP-5000A

Thông số mục LITH-IP-5000A Điện áp đầu vào AC 380V ± 10% 50/60Hz hoặc 220V ±

Hàn chế độ điều khiển Liên tục hiện tại Hàn

Biến tần tần số (kHz) 4KHZ

Máy hàn Cell Pin JST-IIS

Hình 2.4.1 4 Máy hàn cell pin JST-IIS [10]

Bảng 2.4.1 4 Thông số máy hàn Cell Pin JST-IIS

Nguồn điện cung cấp 220V~50/60Hz

Dòng hàn 01-99% (điều chỉnh được)

Cài đặt xung 01-06 (điều chỉnh được)

Thời gian hàn 01-99 (điều chỉnh được) Độ dày mối hàn tối đa tấm Nickel hoặc tấm thép dày tối đa

Trọng lượng 6kg ứng dụng Hàn cell pin 18650 và các loại pin tương tự

2.4.2 Các nghiên cứu trong nước

Máy hàn cell pin có trục Z:

Hình 2.4.2 1 Máy hàn cell có trục Z [10]

Bảng 2.4.2 1 thông số máy hàn có trục Z

Kẽm hàn Tối đa 0.2mm

Biến áp xung 800e Điện vào 220V-50HZ

Timer chỉnh công suất 30-99% Động cơ Step motor size 42

Máy hàn cell pin dùng biến áp 800e

Hình 2.4.2 2 Máy hàn biến áp 800E

Bảng 2.4.2 2 Thông số máy hàn biến áp 800E Điện áp vào 220V-50HZ

Các tồn tại của máy hàn cell pin

Các tồn tại của máy hàn cell như SUNKKO738AL: dùng tay để hàn từng điểm trên pin và canh vị trí để hàn, Máy hàn LITH-IP-5000A; dùng khí nén kích hoạt trục Z nhưng vẫn canh vị trí của pin lúc hàn, máy hàn cell pin JST-IIS: dùng bàn đạp để kích hoạt dòng điện hàn và vẫn canh vị trí pin để hàn, máy hàn cell dùng biến áp 800e: dùng tay kích hoạt điểm hàn và canh vị trí hàn thủ công, máy hàn cân lực trục Z sử dụng động cơ để diều khiển trục z hàn cell pin nhưng vẫn canh chỉnh vị trí pin thủ công Để giải quyết các vấn đề nêu trên nhóm đã đưa ra hướng giải quyết là thiết kế máy hàn sử dụng 3 trục (X, Y, Z) để hàn cũng như thay đổi vị trí của pin để hàn Và cũng thiết kế một bàn làm việc có thể chứa được tối đa 60 viên pin (10x6 pin) với đồ gá cố định trên mặt bàn và có thể hàn đúng vị trí thông qua chương trình được cài đặt sẵn.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

SSR

SSR là một rơ le bao gồm một biến áp, một thiết bị chuyển mạch điện tử và một cơ cấu khớp nối Sử dụng chất bán dẫn, rơ le bật và tắt khi một điện áp bên ngoài nhỏ tác dộng lên mạch điều khiển.

Cấu tạo của SSR bao gồm ba mạch:

Mạch đầu vào: có chức năng giống như cuộn dây trên rơ le điện cơ Mạch được kích hoạt khi điện áp cao hơn điện áp đóng được đưa vào mạch và ngừng hoạt động khi điện áp nhỏ hơn điệp áp ra tối thiểu của rơ le.

Mạch điều khiển: xác định khi nào thành phần đầu ra được cung cấp năng lượng hoặc không có năng lượng Mạch hoạt động như cơ chế ghép nối giữa các mạch đầu vào và đầu ra.

Mạch đầu ra: chuyển sang tải sẽ được thực hiện bởi các tiếp điểm trên EMR.

Nguyên lý hoạt động của rơ le:

Khi một tín hiệu điều khiển được đưa vào cuộn dây của rơ le, điện áp hoặc dòng điện chạy qua cuộn dây, tạo ra trường từ Trường từ này sẽ làm cho bộ chốt di chuyển Khi bộ chốt di chuyển, các tiếp điểm được kết nối hoặc ngắt, điều khiển luồng điện trong mạch điện kết nối với rơ le Điều này cho phép rơ le hoạt động như một công tắc điện tự động, cho phép điều khiển các thiết bị hoặc mạch điện khác một cách tự động.

Hình 3.1 1 Cấu tạo SSR Ưu nhược điểm của Relay SSR Ưu điểm:

• SSR tạo ra ít nhiễu điện từ hơn so với rơ le cơ học trong quá trình hoạt động.

• SSR sẽ có tuổi thọ cao hơn vì bên trong của SSR hoàn toàn là linh kiện kỹ thuật số. Được sử dụng đúng cách, chúng sẽ hoạt động liên tục trong hàng triệu chu kỳ đóng – mở.

• SSR bật và tắt nhanh hơn so với rơ le cơ học (1ms so với 10ms).

• SSR ít bị rung động vật lý hơn so với rơ le cơ học.

• Chi phí đầu tư thiết bị đắt hơn.

• Sẽ tiêu tán nhiều năng lượng hơn dưới dạng nhiệt (1-2% năng lượng dự định cung cấp năng lượng cho tải).

Biến áp

Biến áp là một thiết bị điện được sử dụng để biến đổi điện áp từ một mức điện áp sang mức điện áp khác mà không thay đổi tần số của nguồn điện.

Hình 3.2 1 Biến áp lò vi sóng 900E Cấu tạo của biến áp:

Hình 3.2 2 Cấu tạo, nguyên lý của biến áp

Cuộn dây sơ cấp: Cuộn dây sơ cấp là cuộn dây được kết nối với nguồn điện đầu vào của lò vi sóng Biến áp nhận điện áp từ nguồn điện và chịu trách nhiệm biến đổi điện áp này thành một mức điện áp cao hơn hoặc thấp hơn tùy thuộc vào yêu cầu của lò vi sóng.

Cuộn dây thứ cấp: Cuộn dây thứ cấp là cuộn dây kết nối với tấm từ hoặc tấm mạch điều khiển trong lò vi sóng Điện áp biến đổi từ cuộn dây sơ cấp được chuyển đến cuộn dây thứ cấp và từ đó tạo ra trường từ cao tần cần thiết để nấu nướng và hâm nóng thức ăn trong lò vi sóng.

Lõi từ: Lõi từ trong biến áp lò vi sóng thường là một lõi từ được làm từ vật liệu từ tính, chẳng hạn như sắt Lõi từ tạo một môi trường cho việc quấn cuộn dây sơ cấp và cuộn dây thứ cấp Lõi từ cung cấp một đường dẫn từ tính cho dòng điện và giúp tăng cường hiệu suất của biến áp.

Nguyên lý hoạt động của biến áp với cuộn dây sơ cấp và thứ cấp dựa trên nguyên tắc chuyển đổi điện áp và dòng điện thông qua nguyên tắc tương tự của sự cộng hưởng điện từ.

Khi một nguồn điện áp xoay chiều được áp dụng vào cuộn dây sơ cấp, dòng điện xoay chiều sẽ chạy qua cuộn dây này, tạo ra một trường từ xung quanh cuộn dây Trường từ này sẽ truyền qua không gian và tạo ra một dòng điện trong cuộn dây thứ cấp Điện áp thứ cấp được tạo ra trên cuộn dây thứ cấp có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi tỷ lệ cuộn số giữa cuộn dây sơ cấp và thứ cấp Nếu tỷ lệ cuộn số thứ cấp so với cuộn số sơ cấp lớn hơn, điện áp thứ cấp sẽ cao hơn và ngược lại.

Biến áp với cuộn dây sơ cấp và thứ cấp có thể được sử dụng để tăng hoặc giảm điện áp tùy thuộc vào việc cuộn số của cuộn dây thứ cấp so với cuộn dây sơ cấp Biến áp thường được sử dụng trong các ứng dụng như hạ thế, tăng áp, cách ly và chuyển đổi điện áp trong các hệ thống điện.

Pin 18650 [9]

Pin 18650 là pin có kích thước 18mm x 65mm Đây là dòng pin lithium-ion có thể sạc lại

Trên thị trường hiện nay dòng pin 18650 có bốn loại chính là có đầu bịt, không có đầu bịt, đầu phẳng và đầu nút.

Pin có đầu bịt và không có đầu bịt: Pin có mạch bảo vệ là pin có tích hợp 1 mạch điện nhỏ ở đầu pin, được bọc bởi 1 đầu lồi nhô lên, mạch bảo vệ này sẽ giúp pin chống lại các sự cố không mong muốn có thể gây hư hỏng hoặc cháy nổ: quá dòng, quá áp, quá sạc, quá xả, ngắn mạch hoặc quá nhiệt độ Đối với trường hợp pin không có mạch bảo vệ sẽ nguy hiểm, do không được bảo vệ nên dễ cháy nổ nên cần bảo quản kỹ và kiểm tra thường xuyên.

Pin đầu phẳng và pin đầu nút: Pin đầu phẳng và pin đầu nút khác nhau không chỉ về ngoại hình là đầu của pin đầu nút sẽ nhô ra còn đầu phẳng sẽ hoàn toàn phẳng Tuy nhiên nhìn chung về độ an toàn của chúng cũng không tạo nên sự khác biệt quá nhiều Do đó dù

19 sử dụng loại pin nào cũng không có nhiều sự khác biệt như loại có đầu bịt và không có đầu bịt.

Pin 18650 phân loại theo hóa chất ICR, IMR và INR:

Dòng pin ICR sử dụng hóa chất Lithium Cobolt Oxide (LCO) - LiCoO2 có năng lượng riêng cao nên khi sử dụng pin ICR, mạch bảo vệ pin PCB luôn phải được sử dụng. Đối với pin IMR là dòng pin mangan - tức sử dụng hóa chất LiMn2O4 - LMO: Lithium Mangan Oxit Sản phẩm có tốc độ phóng điện và hiệu suất trong quá trình hoạt động cực kỳ ổn định.

Pin INR sử dụng chất hóa học Niken mangan cobolt oxit - NMC: LiNiMnCoO2 Đây là một chất hóa học lai khá an toàn và bền nhưng do pin có năng lượng riêng cũng khá cao nên vẫn cần thêm mạch bảo vệ PCB để đảm bảo tuổi thọ cũng như độ an toàn trong quá trình sử dụng.

Cấu tạo của pin 18650 cơ bản gồm các phần sau:

• Ống bọc: là vỏ ngoài của pin, bảo vệ các thành phần bên trong khỏi tác động bên ngoài Thường là hợp kim nhôm hoặc thép không gỉ.

• Anot (+): là điểm nơi các điện tử di chuyển ra khỏi pin khi pin đang hoạt động và phóng điện tích Anot thường được làm từ graphite.

• Cực (Cathode, -): là điểm nơi các điện tử nhập vào pin khi pin đang hoạt động và tiêu thụ điện tích Cực thường được làm từ các hợp chất của lithium.

• Điện giải (Electrolyte): Điện giải là chất dẫn điện đặc biệt nằm giữa anot và cực trong ống bọc, dùng để tạo điều kiện để các ion lithium di chuyển giữa hai điểm này trong quá trình sạc và xả.

• Bộ bảo vệ (Protection Circuit): Một số pin 18650 có một bộ bảo vệ tích hợp để ngăn ngừa quá tải, quá dòng, quá nhiệt và ngắn mạch.

• Kín khít (Separator): Là lớp phân cách giữa anot và cực trong ống bọc, ngăn chặn sự tiếp xúc trực tiếp giữa hai điện cực.

Cách tính dung lượng pin: tính dung lượng pin 18650 thông qua các công thức tính dung lượng - Vol (V):

Vôn tính trên hiệu điện thế: U = I x R.

Thanh ray trượt vuông

Hình 3.4 1 Thanh ray trượt vuông

Thanh trượt vuông có nhiều trong các máy: máy CNC khắc đá, máy plasma, máy CNC cơ khí, máy in 3D, máy CNC gỗ và những dòng máy CNC tự động hóa khác.

Cấu tạo thanh ray trượt vuông

Loại thanh trượt dẫn hướng vuông cấu tạo gồm hai bộ phận là thanh ray trượt và block con trượt Chúng cấu thành một tổng thể có thể chuyển động tịnh tiến và có nhiều loại để phù hợp với đa dạng thiết bị, máy móc công nghiệp. Ưu điểm của ray trượt vuông:

• Có độ cứng cáp, vững chắc cao

• Thanh ray và các bộ phận chi tiết được lắp đặt rất chính xác

• Có khả năng chịu tải trọng lớn

• Ray dẫn hướng và công suất hoạt động tối đa trong thời gian dài và không phải lo các phát sinh về nhiệt

• Có khả năng dẫn hướng chính xác với độ ma sát được giảm tối đa

• Hỗ trợ cân bằng lực cho các bộ phận của thiết bị máy móc động cơ

• Thanh ray trượt vuông dễ lắp đặt, tháo gỡ nên khi cần bảo trì, thay mới không mất nhiều thời gian

• Chuyển động êm ái, mượt mà

• Tuổi thọ sử dụng lâu dài

Động cơ bước [7]

Khái niệm Động cơ bước (còn gọi là Step Motor hay Stepping Motor) chính là một thiết bị cơ điện có tác dụng chuyển đổi năng lượng điện biến thành cơ năng Ngoài ra, động cơ cũng là một động cơ điện không có chổi than, động cơ đồng bộ, có thể chia một vòng quay đầy đủ ra thành nhiều bước mở rộng.

Trục của động cơ khi đó sẽ quay qua một góc cố định của mỗi xung rời rạc Khi một chuỗi xung hoạt động, trục động cơ sẽ được chuyển sang một góc nhất định Góc mà trục động cơ bước tiến hành quay cho mỗi xung còn được gọi là góc bước, thường được tính bằng độ.

Hình 3.5 1 Động cơ bước-step motor [7]

Phân loại động cơ bước

Phân loại động cơ bước theo số pha:

• Loại 1: Động cơ bước hai pha chính là loại động cơ bước bao gồm có bốn dây, động cơ bước sáu dây hoặc có khi là động cơ bước tám dây.

• Loại 2: Động cơ bước ba pha là chính là loại động cơ bước ba dây hoặc có khi là động cơ bước bốn dây.

• Loại 3: Động cơ bước năm pha chính là loại động cơ bước gồm có năm dây.

• Động cơ đơn cực: Dòng điện luôn luôn chạy qua cuộn dây chỉ theo cùng một hướng. Điều này cho phép động cơ sử dụng mạch điều khiển đơn giản, vì động cơ sẽ tạo ra mô men xoắn ít hơn là động cơ lưỡng cực.

• Động cơ lưỡng cực: Dòng điện của động cơ có thể chạy qua cuộn dây theo một trong

2 hướng Trong khi đó, điều này lại đòi hỏi một mạch điều khiển phức tạp hơn là động cơ đơn cực, động cơ sẽ tạo ra nhiều mô men xoắn hơn nữa.

• Động cơ bước nam châm vĩnh cửu (tiếng Anh gọi là Permanent magnet stepper viết tắt là PM) chỉ sử dụng một nam châm vĩnh cửu bên trong rotor.

• Động cơ bước có biến đổi điện trở (tiếng Anh gọi là Variable Reluctance Stepper Motor viết tắt VR) có một rotor sắt trơn.

• Động cơ bước đồng bộ lai (còn gọi là Hybrid Synchronous Stepper Motor Cấu tạo động cơ bước:

Motor step (động cơ bước) thường bao gồm có các bộ phận chính đó là stato, roto chính là nam châm vĩnh cửu.

Hình 3.5 2 Cấu tạo của step motor [7]

Khi dòng điện chạy qua bobin sẽ tạo ra một lực từ từ hút từ nam châm Lực từ này tương tác với nam châm trong rotor, tạo ra một lực xoay hoặc lực đẩy Điều này làm cho rotor chuyển động một bước nhất định Quá trình này được lặp đi lặp lại, và bằng cách thay đổi tần số và thứ tự của các xung điện được cung cấp vào bobin, động cơ bước có thể di chuyển theo các bước cố định hoặc chuyển động tuyến tính.

Các xung điện cung cấp cho bobin được tạo ra bởi một bộ điều khiển hoặc một vi điều khiển Bộ điều khiển đưa ra các xung điện theo một chuỗi xung điện nhất định, mỗi xung tương ứng với một bước di chuyển Điều khiển tần số và thứ tự của các xung điện cho phép kiểm soát chính xác vị trí và chuyển động của động cơ bước. Ứng dụng động cơ bước: Động cơ bước (stepper motor) được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng yêu cầu chính xác và kiểm soát chuyển động đáng tin cậy Một số ứng dụng phổ biến của động cơ bước:

Máy CNC (Computer Numerical Control): Động cơ bước được sử dụng trong các trục điều khiển chuyển động của máy CNC, để thực hiện việc cắt, gia công, mài, và định vị chính xác trong quá trình gia công kim loại, gỗ, và các vật liệu khác.

Máy in 3D: Động cơ bước đóng vai trò quan trọng trong việc di chuyển và kiểm soát chuyển động của các trục XYZ trong máy in 3D, giúp xây dựng các lớp và tạo hình 3D với độ chính xác cao. Ưu nhược điểm của động cơ bước: Ưu điểm: độ chính xác, tính ổn định, đáp ứng nhanh, đơn giản và tin cậy và chi phí thấp.

Nhược điểm: mất bước, Động cơ nóng, khả năng tải, độ run và tiếng ồn, không linh hoạt.

Driver động cơ bước (TB6600) [8]

Driver động cơ bước (stepper motor driver) là một thiết bị hoặc mạch điện được sử dụng để điều khiển hoạt động của động cơ bước (stepper motor) Driver động cơ bước nhận tín hiệu điều khiển từ một nguồn ngoại vi hoặc một bộ điều khiển chính, và chuyển đổi tín hiệu đó thành các xung điện và dòng điện phù hợp để điều khiển chuyển động và vị trí của động cơ bước.

Mạch Điều Khiển Động Cơ Bước TB6600 sử dụng IC TB6600HQ/HG, dùng cho các loại động cơ bước: 42/57/86 2 pha hoặc bốn dây có dòng tải là 4A/42VDC.

Bảng 3.6 1 Thông số kỹ thuật của driver TB6600:

Dòng dẫn điện cực đại 4A

Nguồn điện hoạt động tối đa 42V

Tần số xung dịch bước 15khz

Thiết lập chế độ hoạt động

Bảng 3.6 2 Bảng cài đặt vi bước

Micro Pulse/rev SW1 SW2 SW3

Bảng 3.6 3 Bảng cài đặt dòng điện

Bảng 3.6 4 Bảng cài đặt ghép nối

DC+ Nối nguồn điện từ 9-42DC

DC- Điện áp (-) âm của nguồn

A+ và A- Nối vào cặp dây của động cơ bước B+ và B- Nối vào cặp cuộn dây còn lại của động cơ.

PUL+ Tín hiệu cấp xung điều khiển tốc độ(+5V) PUL- Tín hiệu cấp xung điều khiển tốc độ (-) DIR+ Tín hiệu cấp xung đảo chiều (+5V) DIR- Tín hiệu cấp xung đảo chiều (-) ENA+ và ENA- khi cấp tín hiệu cho cặp này động cơ sẽ không có lực momen giữ và quay nữa

Có thể đấu tín hiệu dương (+) chung hoặc tín hiệu âm (-) chung

Giao tiếp i2c

Giao tiếp I2C (Inter-Integrated Circuit) là một giao tiếp serial đồng bộ được sử dụng để kết nối các thiết bị điện tử trong một hệ thống Giao tiếp I2C được phát triển bởi Philips Semiconductor (hiện nay là NXP Semiconductors) và là một giao diện phổ biến được sử dụng trong nhiều ứng dụng điện tử, như vi điều khiển, cảm biến, bộ nhớ, các thiết bị ngoại vi và nhiều loại linh kiện khác.

Giao tiếp I2C sử dụng hai dây truyền thông chính là SDA (Serial Data Line) và SCL (Serial Clock Line) Dây SDA dùng để truyền dữ liệu giữa các thiết bị, trong khi dây SCL được sử dụng để đồng bộ hoá dữ liệu trên dây SDA Mỗi thiết bị trong mạng I2C có một địa chỉ duy nhất để có thể truy cập và giao tiếp.

Một số đặc điểm của giao tiếp I2C bao gồm: Đa thiết bị: Giao tiếp I2C cho phép kết nối nhiều thiết bị với nhau thông qua cùng một đường truyền Mỗi thiết bị có một địa chỉ riêng, do đó có thể xác định thiết bị mục tiêu mà dữ liệu sẽ được gửi đến hoặc nhận từ.

Giao tiếp hai chiều: Giao tiếp I2C cho phép truyền và nhận dữ liệu trên cùng một dây truyền thông. Đồng bộ: Dữ liệu được truyền và nhận theo thời gian được đồng bộ hóa bởi tín hiệu xung trên dây SCL Các tín hiệu xung đồng hồ làm cho các thiết bị có thể đọc và ghi dữ liệu cùng nhau một cách đồng bộ.

Tốc độ truyền thông: Tốc độ truyền thông trong giao tiếp I2C được xác định bởi tần số xung đồng hồ (clock) và có thể đạt tới các tốc độ khác nhau, chẳng hạn như 100 kHz, 400 kHz, 1 MHz và có thể cao hơn.

Kiểu truyền thông "open-drain": Giao tiếp I2C sử dụng kiểu truyền thông "open- drain" trên cả dây SDA và SCL Điều này có nghĩa là các tín hiệu trên hai dây này chỉ có thể kéo xuống mức logic thấp (0V) hoặc để float (không có dòng điện), trong khi cần sử dụng điện trở kéo lên để đưa tín hiệu lên mức logic cao (VDD).

Aduino Mega2560

Arduino Mega 2560 là một board phát triển được thiết kế dựa trên nền tảng Arduino, là phiên bản mở rộng của Arduino Uno và cung cấp nhiều cổng I/O hơn, bộ nhớ lớn hơn và khả năng xử lý cao hơn Đây là một board rất mạnh mẽ và phổ biến trong cộng đồng Arduino, thích hợp cho các dự án phức tạp hoặc yêu cầu nhiều I/O và khả năng xử lý cao.

Các đặc điểm chính của Arduino Mega 2560 bao gồm: [11]

Vi xử lý: Arduino Mega 2560 sử dụng vi xử lý ATmega2560, có tốc độ xung nhịp 16 MHz và bộ nhớ Flash 256 KB Điều này cho phép xử lý nhanh chóng các nhiệm vụ phức tạp và lưu trữ chương trình và dữ liệu lớn.

Cổng I/O: Arduino Mega 2560 có 54 chân I/O kỹ thuật số, trong đó 15 chân có thể được sử dụng như đầu vào analog, và 16 chân PWM Điều này cung cấp khả năng kết nối và điều khiển nhiều thiết bị và cảm biến khác nhau.

Giao tiếp: Board hỗ trợ giao tiếp qua cổng UART, SPI và I2C, cho phép kết nối với các thiết bị ngoại vi như cảm biến, màn hình LCD, module RF, và nhiều thiết bị khác.

Bộ nhớ: Arduino Mega 2560 có 8 KB bộ nhớ SRAM và 4 KB EEPROM, cho phép lưu trữ và xử lý dữ liệu phức tạp.

Nguồn điện: Board có thể được cấp nguồn qua cổng USB hoặc thông qua nguồn ngoại vi từ 7 đến 12V DC Nguồn điện này cung cấp cho cả board và các thiết bị ngoại vi được kết nối.

Phần mềm: Arduino Mega 2560 sử dụng IDE Arduino, một môi trường lập trình dễ sử dụng và phổ biến Đồng thời Arduino Mega 2560 hỗ trợ ngôn ngữ lập trình C/C++ và có một thư viện phong phú giúp lập trình dễ dàng các ứng dụng nhúng.

Bảng 3.8 1 Bảng đặc điểm kỹ thuật Arduino

Aduino Mega2560 Tính năng, đặc điểm

Vi điều khiển ARV ATmega2560(8bit)

Bộ timer 2 (8bit) +4 (16bit) =6timer

VIN Cung cấp điện áp(7-12V)

Nguồn 5V Đối với nguồn cung cấp thiết bj phần cứng bên ngoài

Nguồn 3.3V Đối với thiết bị phần cứng điện áp thấp bên ngoài

Truyền động vitme-đai óc

Vít me – đai ốc là cơ cấu truyền động biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến Truyền đông vít me – đai ốc có 2 loại là vít me - đai ốc trượt và vít me đai ốc bi.

3.9.1 Cơ cấu vít me- đai ốc trượt

Vít me đai ốc trượt

Vít me đai ốc trượt: Vít me đai ốc trượt là một loại cơ cấu truyền động được sử dụng để chuyển động trượt tuyến tính Vitme bao gồm hai thành phần chính là vít me và đai ốc.Thành phần vít me có các rãnh xoắn trên bề mặt ngoài, trong khi đai ốc có bề mặt trong phù hợp với rãnh xoắn của vít me.

Cơ cấu vít me – đai ốc trượt thường có những đặc điểm như:

• Độ chính xác truyền động cao, tỷ số truyền lớn.

• Truyền động êm, có khả năng tự hãm.

• Khả năng chịu tải tốt, tính đồng nhất và độ bền cao.

• Có thể truyền động nhanh với vít me có bước ren và số vòng quay lớn.

• Có thể tạo ra một lực ma sát lớn hơn so với vít me quay.

• Đòi hỏi bảo dưỡng định kỳ để duy trì hiệu suất và tuổi thọ của cơ cấu.

Kết cấu của vít me đai ốc trượt:

Dạng ren: Vít me thường có hai dạng ren chủ yếu:

Ren có dạng hình thang với góc 300 có các ưu điểm nổi bật như: gia công đơn giản, có thể phay hoặc mài Nếu dùng với đai ốc bổ đôi thì có thể đóng mở lên ren dễ dàng.

Ren có hình dạng vuông thường chỉ được sử dụng ở những máy cắt ren chính xác và máy tiện hớt lưng Về mặt kết cấu nên chế tạo vít me với hai cổ trục giống như nhau để sau một thời gian sử dụng, có thể lắp đảo ngược vít me lại nhằm làm cho bề mặt làm việc của vít me được mòn đều ở hai bên. Ổ đỡ vít me: ổ đỡ vít me có tác dụng đảm bảo cho trục chuyển động với độ đảo hướng trục và độ hướng kính nhỏ Ổ đỡ vít me thường gồm các loại. Ổ đỡ trục dài (Thrust bearing): Sử dụng cho các ứng dụng với lực tác động dọc trục của vít me. Ổ đỡ trục ngang (Radial bearing): Sử dụng cho các ứng dụng với lực tác động vuông góc với trục vít me. Ổ đỡ xiên (Angular contact bearing): Sử dụng cho các ứng dụng có yêu cầu chịu lực tác động xiên lên vít me. Ổ đỡ trục côn (Tapered roller bearing): Sử dụng cho các ứng dụng có yêu cầu chịu tải nặng và chịu lực tác động lớn.

Hình 3.9.1 2 gối đỡ vitme Đai ốc vít me: Đai ốc liền thường dùng trong cơ cấu vít me – đai ốc có chế độ làm việc ít, không yêu cầu độ chính xác cao, giữa các ren có thể có độ hở nhất định. Ưu điểm của đai ốc liền là: đơn giản, giá thành thấp, có thể tự hãm ỡ mức độ nhất định. Đai ốc hai nửa: sử dụng để đóng, tách đai ốc khỏi vít me khi tiện vít me trên máy tiên vạn năng.

3.9.2 Cơ cấu vit me đai ốc bi

Cơ cấu vit me đai ốc bi

Vít me đai ốc bi là một hệ thống truyền động phổ biến được sử dụng trong nhiều ứng dụng công nghiệp và kỹ thuật Dưới đây là một số điểm về cấu tạo và ưu nhược điểm của vít me đai ốc bi :

Vít me đai ốc bi bao gồm hai thành phần chính : vít me và ốc bi Vít me có hình dạng dạng xoắn ốc với rãnh dạng V được gọi là "me" và ốc bi có dạng trụ, có rãnh khớp chính xác với rãnh của vít me Khi vít me quay, ốc bi sẽ di chuyển theo đường trục của vít, tạo ra chuyển động truyền động.

Vít me đai ốc bi thường có những đặc điểm như :

• Tổn thất ma sát ít nên có hiệu suất cao, có thể đạt từ 90 – 95 %.

• Lực ma sát gần như không phụ thuộc vào tốc độ chuyển động nên đảm bảo chuyển động ở nhựng vận tốc nhỏ.

• Hầu như không có khe hở trong mối ghép và có thể tạo ra lực căng ban đầu, đảm bảo độ cứng vững hướng trục cao.

• Độ chính xác cao : Vít me đai ốc bi có độ chính xác cao trong việc chuyển động và truyền động Thiết kế chi tiết và khớp nối chính xác giữa vít me và ốc bi cho phép đạt được độ chính xác cao trong việc di chuyển và vị trí.

• Lực kéo mạnh : Vít me đai ốc bi có khả năng chịu được lực kéo lớn Thiết kế xoắn ốc của vít me cung cấp một lực lớn để vận chuyển và giữ vị trí các ứng dụng truyền động.

• Tải trọng cao : Hệ thống vít me đai ốc bi có khả năng chịu tải trọng cao Điều này cho phép vitme được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu độ bền và khả năng chịu tải cao.

• Khả năng tự khóa : Vít me đai ốc bi có khả năng tự khóa, tức là khi tải trọng không hoạt động lên trục, hệ thống sẽ tự động khóa và giữ vị trí Điều này giúp duy trì vị trí ổn định và tránh trượt.

• Vì những ưu điểm đó vít me đai ốc bi thường được sử dụng cho những máy cần có truyền động thẳng chính xác như máy khoan, các máy điều khiển chương trình số.

• Tốc độ truyền động chậm: So với một số hệ thống truyền động khác như truyền động bằng đai hoặc xích, vít me đai ốc bi có tốc độ truyền động thấp hơn Điều này có thể khiến vitme không phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu tốc độ cao.

• Hạn chế trong chiều dài: Vít me đai ốc bi có hạn chế trong việc truyền động trên chiều dài lớn Khi chiều dài tăng lên, có thể xảy ra độ lệch và độ chính xác giảm đi.

Tóm lại, vít me đai ốc bi có nhiều ưu điểm như độ chính xác cao, lực kéo mạnh, tải trọng cao và khả năng tự khóa Tuy nhiên, vitme có hạn chế về tốc độ truyền động và chiều dài Với những đặc tính này, vít me đai ốc bi thường được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu độ chính xác và tải trọng cao.

Hình 3.9.2 1 Kết cấu đai ốc bi

PHƯƠNG ÁN VÀ CÁC GIẢI PHÁP VỀ MÁY HÀN CELL PIN

Phương án và giải pháp thực hiện

Thiết kế khung có thể chứa các mạch điện và lắp đặt cơ cấu hàn bên phải thân máy.

Cơ cấu hàn được kích bằng tay, điều chỉnh kim hàn bằng cờ lê, điều chỉnh chiều rộng của điện cực bằng vít hoặc cờ lê.

Sử dụng mạch timer để thiết lập thời gian hàn, mạch công suất để điều chỉnh dòng hàn.

Hình 4.2.1 1 Mạch Timer BTA100 [10] Đa dạng cell pin:

Dùng khung in 3D để thay đổi số pin cần hàn.

Hiển thị thời gian và công suất trên led 7đoạn.

Thiết kế khung có thể chứa các mạch điện và lắp đặt cơ cấu hàn bên phải thân máy.

Cơ cấu hàn được kích bằng hệ thống khí nén, điều chỉnh kim hàn bằng cờ lê, điều chỉnh chiều rộng của điện cực bằng vít hoặc cờ lê.

Sử dụng khí nén để kích hoạt cân lực để hàn.

Sử dụng mạch time để thiết lập thời gian hàn, mạch công suất để điều chỉnh dòng hàn.

Dùng khung in 3D để thay đổi số pin cần hàn, khung gỗ có thể thay đổi kích thước gá để thay đổi số pin mong muốn.

Thiết kế khung lắp đặt trục Z cùng với cơ cấu hàn Sử dụng vít me để di chuyển cơ cấu hàn (cân lực) Dùng động cơ để điều khiển vitme.

Hình 4.2.3 1 Khung lắp và cơ cấu trục Z [10]

Sử dụng Driver TB6600 để điều khiển động cơ.

Hình 4.2.3 2 Driver điều khiển động cơ TB6600 [8]

Sử dụng mạch time để thiết lập thời gian hàn, mạch công suất để điều chỉnh dòng hàn. Đa dạng cell pin:

Dùng khung in 3D để thay đổi số pin cần hàn, khung gỗ có thể thay đổi kích thước gá để thay đổi số pin mong muốn.

Sử dụng led 7 đoạn để hiển thị thời gian và công suất.

Lựa chọn giải pháp / Phương án

Máy hàn có khung chắc chắn để đảm bảo ổn định trong quá trình hoạt động.

Sử dụng bộ truyền động ba trục để điều khiển chuyển động của máy, bao gồm trục X,

Các trục được trang bị động cơ bước và vít me bước để đạt được chính xác và độ ổn định cao.

Hình 4.3 1 Cơ cấu trục vitme [7]

Thiết kế mặt bàn làm việc có thể điều chỉnh để phù hợp với kích thước và vị trí của các cell pin.

Sử dụng hệ thống điều khiển tự động Arduino mega2560, mạch đo dòng, driver để điều khiển.

Lập trình điều khiển vị trí để đảm bảo các chuyển động chính xác và đồng bộ của các trục X, Y và Z.

Kết hợp các công tắc hành trình và lực để đảm bảo đúng vị trí và áp lực hàn phù hợp. Đa dạng cell pin:

Thiết kế mặt bàn làm việc và các kẹp mẫu có thể điều chỉnh để phù hợp với các loại và kích thước cell pin khác nhau.

Thiết kế giao diện người dùng cho phép người sử dụng cài đặt và kiểm soát quá trình hàn dễ dàng.

Giao diện người dùng có thể bao gồm màn hình LCD và các nút điều khiển để điều chỉnh các thiết lập và theo dõi quá trình hàn.

Trình tự công việc tiến hành

Nghiên cứu và thu thập thông tin:

Tìm hiểu về công nghệ hàn cell pin, các phương pháp và tiêu chuẩn liên quan.

Nghiên cứu các thiết bị và công nghệ sẵn có liên quan đến máy hàn cell pin ba trục. Thu thập thông tin về yêu cầu cụ thể của đề tài và các thông số kỹ thuật liên quan.

Xác định cấu trúc và thiết kế khung máy hàn cell pin:

Lựa chọn và tích hợp các bộ truyền động ba trục và các cơ cấu cần thiết (sử dụng vitme cho cả ba trục).

Thiết kế mặt bàn làm việc và các kẹp mẫu có thể điều chỉnh cho việc định vị và hàn cell pin.

Xác định hệ thống điều khiển sử dụng Arduino mega 2560 làm mạch điều khiển chính. Lập trình điều khiển để điều khiển các chuyển động bằng cách điều khiển động cơ chuyển động qua khớp nối mềm và quy trình hàn thông qua SSR và biến áp.

Thiết lập giao tiếp giữa hệ thống điều khiển và các thiết bị khác trong máy hàn thông qua nút nhấn, LCD và chiết áp.

Lựa chọn đầu công tác là cân lực chuyên dụng cho máy hàn cell pin. Điều chỉnh thiết lập nhiệt độ và thời gian hàn phù hợp cho các cell pin cụ thể thông qua việc điều khiển dòng điện và thời gian hàn. Đa dạng cell pin:

Thiết kế mặt bàn làm việc và các kẹp mẫu có thể điều chỉnh để đáp ứng các loại và kích thước cell pin khác nhau.

Kiểm tra và hiệu chỉnh:

Kiểm tra toàn bộ hệ thống máy hàn để đảm bảo hoạt động đúng và chính xác.

Hiệu chỉnh các tham số và thiết lập để đạt được chất lượng hàn tốt.

Tiến hành kiểm tra chất lượng của các cell pin được hàn bằng máy hàn ba trục. Đánh giá sự chính xác và độ ổn định của máy hàn trong quá trình thử nghiệm.

Tối ưu hóa và điều chỉnh:

Dựa vào kết quả kiểm tra, tối ưu hóa các tham số và thiết lập của máy hàn để cải thiện hiệu suất và chất lượng hàn.

Báo cáo và trình bày:

Tạo báo cáo chi tiết về quá trình thiết kế và thực hiện máy hàn cell pin ba trục.

Trình bày kết quả và phân tích trong một bài thuyết trình hoặc báo cáo.

TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MÁY HÀN CELL PIN

Thiết kế khối mạch điện

Nguồn sử dụng điện áp đầu vào 220V cho qua biến áp và qua mạch chỉnh lưu, tụ lọc, sau đó qua ic 7812 để ra áp 12V và qua ic 7805 để ra áp 5V.

Hình 5.2 1 Sơ đồ mạch giảm áp

Mạch báo hiệu: sử dụng nguồn 5V đèn báo (đỏ và xanh) và còi báo để đưa ra tín hiệu khi máy hoạt động Tín hiệu đèn xanh được kết nối với chân 14 của Arduino, Tín hiệu đèn đỏ được kết nối với chân 15 của Arduino, Tín hiệu còi báo được kết nối với chân 23 của Arduino.

Hình 5.2 2 Sơ đồ mạch báo hiệu

Mạch hiển thị bao gồm: màn hình LCD 20x4, chân VSS nối với nguồn 5V, chân VDD nối với GND của nguồn 5V, chân RS RW E D4 D5 D6 D7 nối với I2C SCL và SDA của I2C lần lượt nối với chân 21 và 20 của Arduino.

Hình 5.2 3 Sơ đồ mạch hiển thị

Sơ đồ mạch nút nhấn: BT_PHAI, BT_TRAI, BT_START, BT_RESET, nối vào các chân 29, 6, 25, 27 và các công tắc gạt: AUTO/MAN, X/Y AXIS nối vào các chân 4, 9.

Thiết kế mạch công tắc hành trình: CTHT_KHOP_X, CTHT_KHOP_Y, CTHT _KHOP_Z, CTHT_HAN Với mục đích ngăn ngừa quá khớp nối vào chân 2, 3, 5, 19 Arduino.

Hình 5.2 4 Sơ đồ mạch nút nhấn và công tắc hành trình

Sử dụng biến trở 10 KΩ vào chân A1 của Arduino để điều khiển thời gian hàn Biến trở 10 KΩ vào chân A2 của Arduino để điều khiển tốc độ của động cơ Biến trở 50 KΩ vào chân A4 của Arduino để điều khiển công suất hàn của biến áp.

Hình 5.2 5 Sơ đồ mạch biến trở

45 Đối với mạch công suất sử dụng hai SSR (bao gồm SSR VA và SSR DA) để điều khiển dòng điện và áp đầu ra Ở SSR DA được điều khiển bởi biến trở công suất Đồng thời để có dòng điện đi qua cần kích SSR VA bằng chân tín hiệu của Arduino.

Hình 5.2 6 Sơ đồ mạch công suất

Mạch điều khiển động cơ sử dụng ba Driver TB6600 để điều khiển ba động cơ bước cho trục X, Y, Z Ở driver trục X các chân ENA-, DIR-, STEP- được nối chung lại với nhau và nối vào 0V của nguồn Các chân tín hiệu ENA+ DIR+ STEP+ được nối với các chân điều khiển của arduino lần lượt là 47, 45, 43 Ở driver trục Y các chân ENA-, DIR-, STEP- được nối chung lại với nhau và nối vào 0V của nguồn Các chân tín hiệu ENA+ DIR+ STEP+ được nối với các chân điều khiển của arduino lần lượt là 53, 51, 49 Ở driver trục Z các chân ENA-, DIR-, STEP- được nối chung lại với nhau và nối vào 0V của nguồn Các chân tín hiệu ENA+ DIR+ STEP+ được nối với các chân điều khiển của arduino lần lượt là

Hình 5.2 7 Sơ đồ mạch điều khiển động cơ

Tính dòng điện ở cuộn thứ cấp

Kích thước biến áp: 110x80x100(mm)

Diện tích đồng thanh quấn 4 vòng A2 = 1.32 (m 2 )

Diện tích dây đồng quấn 125 vòng A1= 125 (m 2 )

Dòng điện cao nên có khả năng sinh nhiệt đốt cháy kẽm hàn.

Tính toán nhiệt độ

Công thức Joule Heating được sử dụng để tính toán lượng nhiệt (Q) được tạo ra bởi dòng điện (I) đi qua một vật liệu dẫn điện có trở kháng (R) Công thức Joule Heating được biểu diễn như sau:

Q là lượng nhiệt được tạo ra, được đo bằng đơn vị joule (J) hoặc calorie (cal)

I là dòng điện, được đo bằng đơn vị ampere (A)

R là trở kháng của vật liệu dẫn điện, được đo bằng đơn vị ohm (Ω)) t là thời gian mà dòng điện chảy qua vật liệu, được đo bằng đơn vị giây (s) Trở kháng của dây đồng có thể tính bằng công thức sau:

R là trở kháng của dây đồng, được đo bằng đơn vị ohm (Ω)) ρ (rho) là điện trở riờng của đồng, được đo bằng đơn vị ohm x một (Ω)ãm) L là độ dài của m) L là độ dài của dây đồng, được đo bằng đơn vị mét (m)

A là diện tích tiết diện của dây đồng, được đo bằng đơn vị mét vuông (m²) Tra bảng phụ lục (1) ta có điện trở kháng của dây đồng (R) R=1.7x10 -8 ohm Đường kính dây đồng m50 = 2 ⋅ √ 50 Π

 Trở khỏng của dõy = π⋅(7,979.10 −4 ) 2 =0.034 (Ω)ãm) L là độ dài của m)

Nhiệt lượng Q = I 2 ⋅ Rt t là thời gian mà dòng điện chảy qua vật liệu, được đo bằng đơn vị giây (s)

I là dòng điện thứ cấp (A) trong phần tính toán (mục 5.2) Giả sử thời gian qua vật liệu kẽm hàn là 30ms

Nhiệt lượng Q = I 2 ⋅ Rt 36.36 2 0,034.30.10 -3 17.14 J Nhiệt lượng để nóng chảy điểm hàn Q = m * ΔHfHf

Q là năng lượng cần (đơn vị: joule) m là khối lượng kẽm (đơn vị: kilogram) ΔHfHf là enthalpy nhiệt động chảy của kẽm (đơn vị: joule/kg)

Nhiệt lượng để nóng chảy điểm hàn Q = m * ΔHfHf

Vậy với dòng điện I2 thì đủ để nóng chảy ở điểm mối hàn.

Tính toán lựa chọn ray trượt

Hệ số an toàn tĩnh f S

C 0 : tải trọng tĩnh định mức(N)

P: tải trọng làm việc tính toán(N) M 0 : momen tĩnh cho phép (Nm)

M: momen đư tính toán (Nm)

Các giá trị tham khảo của fs cho các máy công nghiệp thông thường và máy công cụ cho trong (bảng tra số 4).

Tính toán tải trọng làm việc.

Hệ bàn máy nằm ngang, chuyển động đều hoặc không tải.

Hình 5.5 1 Hệ mặt bàn nằm ngang

Hệ bàn máy ngang, có đặt phôi.

Hình 5.5 2 Hệ máy nằm ngang có phôi

Tính chọn rây dẫn hướng bàn Y.

Sử dụng ray dẫn hướng cho bàn X có series: Model THK SSR15 (tra bảng phụ lục 5).

Hình 5.5 3 Kích thước con trượt vuông

Hình 5.5 4 Chiều dài con trượt vuông

Hệ số tải động: C = 14,7kN.

Hệ số tải tĩnh: C 0 = 16,5 kN.

Bảng 5.5 1 Bảng khối lượng trục Y

Khối lượng bàn máy (kg) m 2 = 0,5

Bảng 5.5 2 Bảng khoảng cách trục Y

Các khoảng cách định vị (mm) Bàn Y

Khoảng cách giữa hai con chạy cùng ray: l1 120

Khoảng cách giữa hai con chạy khác ray: l2 190

Theo phương z thì tâm phôi trùng tâm bàn máy: l3 30

Khoảng cách từ tâm phôi tới tâm bàn máy: l4 15 Độ cao từ tâm trục vít-me tới mặt bàn máy: l5 23 Độ cao từ tâm trục vít-me tới mặt phôi: l6 39,5

Hình 5.5 5 Sơ đồ phân bố lực kích thước

Các lực trong quá trình gia công:

Chuyển động đều, lực hướng kính P n

Tính toán tải trọng tương đương.

Kiểm tra hệ số tải tĩnh: f sx = P c0 la = 5.5

E1 1 Đạt yêu cầu chịu được tải trọng (Co).

Tính toán lựa chọn trục vitme

Tính toán lựa chọn cụm trục vít me.

Các thông số đầu vào:

Khối lợng lớn nhất của chi tiết: M= 5,04KG

Trọng lợng bàn gá trục Y: Wx= 0,5N

Vận tốc chạy lớn nhất khi không gia công: V1= 15m/ph

Vận tốc chạy lớn nhất khi gia công: V2 = 12m/ph

Gia tốc hoạt động lớn nhất của hệ thống: a=0,5g=5m/s

Tốc độ vòng động cơ: Nmax = 2000rpm Độ chính xác vị trí không tải: ±2/550mm Độ chính xác lặp: ±1mm Độ lệch truyền động: ±0,05mm

Hệ số ma sỏt trơn bề mặt: à =0,005

Vùng hoạt động lớn nhât Lmax = 300mm

Bước vít me: l ≥ Vmax = V1 = 7,5mm

Tính toán chọn đường kính trục vít me Y:

L = tổng chiều dài di chuyển max + chiều dài đai ốc, bi/2 + chiều dài vùng thoát 300 + 130 + 200 = 630mm

Kiểu lăp ghép đỡ là lắp chặt cả hai đầu -> f = 21,9

Chọn tốc độ quay cho động cơ khoảng 80% so với tốc độ quay giới hạn nên ta có: n = 80% Nmax = 80% 2000 = 1600 vòng/ph.

Từ các kết quả tính toán trên ta chọn:

Bước vít: 8mm Đường kính trục: d ≥ 5,799mm

Vận tốc chạy lớn nhất khi không gia công: V1 = 17m/ph

Gia tốc hoạt động lớn nhất của hệ thống: a = 0,5g = 5m/s

Hệ số ma sỏt trơn bề mặt: à = 0,005

Bước vít me: l ≥ Vmax = V1 = 8,5mm

Tính toán chọn đường kính trục vít me X:

L= tổng chiều dài di chuyển max + chiều dài đai ốc, bi/2 + chiều dài vùng thoát 200 + 150 + 200 U0mm

Chọn tốc độ quay cho động cơ khoảng 80% so với tốc độ quay giới hạn nên ta có : n% Nmax = 80% 2000 = 1600 vòng/ph.

Vận tốc chạy lớn nhất khi không gia công: V1 m/ph

Gia tốc hoạt động lớn nhất của hệ thống: a = 0,5g = 5m/s

Hệ số ma sỏt trơn bề mặt: à = 0,005

Tính toán chọn đường kính trục vít me Z:

L = tổng chiều dài di chuyển max + chiều dài đai ốc, bi/2 + chiều dài vùng thoát 200 + 125 + 200 = 525mm

Chọn tốc độ quay cho động cơ khoảng 80% so với tốc độ quay giới hạn nên ta có: n = 80% Nmax = 80% 3000 = 2400 vòng/ph.

Tính toán chọn động cơ

Mô men ma sát quy đổi (T fric ):

Mô men ma sát quy đổi gây ra bởi trục đai ốc bi và ổ bi là không đáng kể nên có thể bỏ qua, do vậy ở đây mô men ma sát quy đổi gây ra bởi ray dẫn hướng được sử dụng để tính toán.

Cụ thể: T lf = à b ( F mz + P ) d 2 ; à b = 0,005, rất bộ so với à = 0,1(ở trờn).

Do vậy T fric sẽ không thay đổi đáng kể khi kể thêm mô men quy đổi gây ra bởi trục đai ốc bi và ổ bi.

Chọn động cơ để điều khiển quỹ đạo chuyển động theo trục

Y Các dữ liệu cho tính chọn động cơ: Chọn vit-me có bước h

Hệ số ma sỏt lăn giữa thộp và gang ta chọn à = 0,1

Khối lượng của phần đầu dịch chuyển là m = 5,54 kg Góc nghiêng của trục α = 0

Tỉ số truyền giảm tốc i = 1 (Do chọn phương án động cơ nối trực tiếp với vit-me không qua bộ truyền giảm tốc)

Hiệu suất của máy chọn ƞ = 0,9

Tốc độ quay lớn nhất của động cơ 2000 vg/ph

Momen trọng lực quy đổi:

Tính tính mô men chống trọng lực của kết cấu: [2]

Vì cơ cấu nằm ngang nên α = 0

Với đường kính trục vít được chọn là 8mm, ta có: [6] v max = π D n

Tính mô men ma sát: [6]

Mô men tĩnh đông cơ: [6]

T stat = T fric + T wz = 7,837 10 −3 N m Tính tốc độ quay của motor:

 Dựa vào mô men tĩnh của động cơ và tốc độ của motor, ta chọn loại động cơ NEMA 17 42x48 (17HS8401B, tra ở bảng phụ lục 2) của hãng Nidec có mô men khởi động là 0,52N.m và tốc độ quay lớn nhất là 2000rpm Vậy động cơ hoàn toàn đáp ứng theo yêu cầu tính toán.

Chọn động cơ để điều khiển quỹ đạo chuyển động theo trục X.

Các dữ liệu cho tính chọn động cơ:

Chọn vit-me có bước h = 10mm

Hệ số ma sỏt lăn giữa thộp và gang ta chọn à =0,1

Khối lợng của phần đầu dịch chuyển là m = 8,3 kg Góc nghiêng của trục α = 0

= 0 Vì cơ cấu nằm ngang nên α = 0

Với đường kính trục vít được chọn là 10mm, ta có: [6] v max = π D n

Mô men tĩnh đông cơ: [6]

Tính tốc độ quay của motor: [6] n = v max i

 Dựa vào mô men tĩnh của động cơ và tốc độ của motor, ta chọn loại động cơ NEMA

17 42x48 (17HS8401B, tra ở bảng phụ lục 2) của hãng Nidec có mô men khởi động là 0,52N.m và tốc độ quay lớn nhất là 2000rpm Vậy động cơ hoàn toàn đáp ứng theo yêu cầu tính toán.

Chọn động cơ để điều khiển quỹ đạo chuyển động theo trục Z.

Các dữ liệu cho tính chọn động cơ:

Chọn vit-me có bước h = 8mm

Hệ số ma sỏt lăn giữa thộp và gang ta chọn à = 0,1

Khối lợng của phần đầu dịch chuyển là m = 4,3kg Góc nghiêng của trục α = 90

Với đường kính trục vít được chọn là 8mm,ta có: [6] v max = π D n

Mô men tĩnh động cơ: [6]

Tính tốc độ quay của motor: [6] n = v max i

Dựa vào mô men tĩnh của động cơ và tốc độ của motor, ta chọn loại động cơ s-Servo(SM-42XL, tra ở bảng phụ lục 3) của hãng FASTECH Motor có mô men khởi động là0,65N.m và tốc độ quay lớn nhất là 3000rpm Vậy động cơ hoàn toàn đáp ứng theo yêu cầu tính toán.

Lưu đồ chương trình máy hàn cell pin

Ý tưởng xử lí hàn một khối pin được xuất phát dựa trên các thuật toán xử lí một ma trận 2 chiều Với mỗi cell pin được ví như một phần tử trong ma trận Để có thể điều chỉnh được các thông số nên chương trình được tích hợp thêm phần cài đặt được điều khiển bởi các nút nhấn.

Hình 5.8 1 Lưu đồ chương trình chính

Hình 5.8 2 Lưu đồ chương trình cài đặt

Hình 5.8 3 Lưu đồ chương trình chạy máy

Hình 5.8 4 Lưu đồ chương trình AUTO

Hình 5.8 5 Lưu đồ chương trình MANUAL

Tổng thể máy hàn cell pin

Hình 5.9 1 Tổng thể máy hàn cell Pin Bảng 5.9 1 Thông số máy hàn cell pin

Phạm vi di chuyển Trục X: 200mm

Hệ thống điều khiển Arduino mega 2560

Nguyên lý hoạt động của máy hàn cell pin dựa trên cơ chế di chuyển của hệ thống trục để định vị và hàn các cell pin. Định vị và chuyển động trục có ba trục chính: trục X, trục Y và trục Z Mỗi trục có chức năng và khả năng chuyển động riêng.

Trục X: Đại diện cho chuyển động ngang, dọc theo hướng ngang.

Trục Y: Đại diện cho chuyển động dọc, theo hướng dọc.

Trục Z: Đại diện cho chuyển động theo chiều thẳng đứng.

65 Điều khiển và lập trình: Máy hàn cell pin ba trục được điều khiển bởi Arduino mega

2560 Bằng cách lập trình và điều chỉnh các thông số, các chuyển động của các trục X, Y và Z. Định vị và hàn cell pin: Với hệ thống trục di chuyển, máy hàn cell pin ba trục có khả năng định vị chính xác vị trí của cell pin và thực hiện quá trình hàn.

Trục X và trục Y: Chuyển động của trục X và trục Y sẽ định vị vị trí của cell pin trong mặt phẳng ngang.

Trục Z: Chuyển động của trục Z sẽ định vị vị trí theo chiều dọc để đặt cell pin ở vị trí đúng trước khi bắt đầu quá trình hàn.

Hàn cell pin sau khi định vị chính xác, máy sẽ thực hiện quá trình hàn Quá trình hàn sử dụng phương pháp hàn điện trở Các thông số hàn như dòng điện, thời gian được điều chỉnh để đảm bảo chất lượng hàn tốt và đáng tin cậy thông qua nút nhấn chiết áp.

Tổng quan, máy hàn cell pin ba trục hoạt động bằng cách sử dụng hệ thống trục để định vị và chuyển động cell pin theo các trục X, Y và Z, từ đó thực hiện quá trình hàn.

Qui trình hàn: Ban đầu máy không hoạt động sẽ ở vị trí ban đầu được cái đặt sẵn, sau khi điều chỉnh vị trí thông qua hệ thống nút nhấn và lưu vị trí của từng cell pin thì máy sẽ hoạt động từ vị trí pin gần đầu công tác Sau đó trục Z đi xuống và kích hàn, sau khi hàn xong trục Z đi lên và trục Y di chuyển để đến vị trí hàn số 2 Sau khi hàn hết 1p trục X sẽ di chuyển để hàn vị trí 2p và thực hiện lần lượt hết số pin đã cài đặt sẵn.

So sánh các phương pháp hàn:

Bảng 5.9 2 Bảng so sánh ưu nhược điểm của ba phương pháp hàn

Hàn Hàn Điện Trở Hàn Plasma Hàn laser Ưu Nhược Điểm

• Đơn giản và phổ • Hàn plasma giúp • Độ chính xác cao. biến giảm biến dạng và • Tốc độ hàn nhanh.

• Giá thành thấp ảnh hưởng tới cấu • Ít gây biến dạng. Ưu điểm • Tính linh hoạt (sử trúc của vật liệu • Tiết kiệm vật liệu dụng cho nhiều • Tốc độ hàn nhanh (Do tia laser được loại kim loại và độ • Độ chính xác cao tập trung vào vùng dày khác nhau) hàn nhỏ).

• Dễ dàng tự động hóa.

• Phụ thuộc vào kỹ • Nhiễu và cặn kim • Chi phí đầu tư cao. thuật và kỹ năng loại • Yêu cầu kỹ thuật của người hàn • Hàn plasma không chuyên nghiệp.

Nhược điểm • Tốc độ chậm so phù hợp cho một số • Tác động của tia với các phương vật liệu dẫn điện laser (Tia laser pháp hàn khác • Chi phí đầu tư ban mạnh có thể gây ra đầu cao tác động mạnh đến mắt và da).

Bảng 5.9 3 Bảng so sánh đặc điểm của ba phương pháp hàn

Phương pháp hàn Hàn điện trở Hàn laser Hàn plasma Đặc điểm

Dòng điện được Một tia laser tập Một dòng khí được

Nguyên lý hoạt động chạy qua vùng trung năng lượng ánh ion hóa thành plasma hàn để tạo ra sáng cao vào một thông qua điện cực nhiệt năng điểm được làm từ tungsten. Độ chính xác Vấn đề đối với Phương pháp ưu tiên Phương pháp ưu tiên các ứng dụng yêu trong các ứng dụng trong các ứng dụng cầu độ chính xác đòi hỏi độ chính xác đòi hỏi độ chính xác cao cao cao.

Tốc độ hiệu quả Tốc độ hàn điện Tốc độ hàn laser Tốc độ hàn plasma trở nhanh nhanh nhanh.

Sử dụng trong Sử dụng trong ngành Thích hợp cho việc Ứng dụng việc kết nối các công nghiệp hàng hàn các chi tiết nhỏ bộ phận kim loại không, y học, điện và phức tạp, chẳng lớn và dày tử hạn như trong ngành hàng không và y học.

Hàn điện trở với Hàn laser yêu cầu Hàn plasma yêu cầu

Giá thành giá thành thấp và thiết bị đắt tiền và thiết bị đắt tiền và kỹ thuật đơn giản phức tạp với nhiều phức tạp và nhiều chi chi tiết tiết.

Dựa vào bảng so sánh ưu nhược điểm và đặc điểm của các phương pháp hàn cũng như phù hợp với nhu cầu trong nước, nhóm quyết định sử dụng phương pháp hàn điện trở sử dụng biến áp để làm phương pháp hàn chính.

Bảng 5.9 4 bảng so sánh ưu nhược điểm của các mạch hàn

SSR Timer BTA100 Ưu nhược điểm

• Tuổi thọ cao và đáng tin • Thiết bị timer dựa trên cậy cơ sở triac.

• Đáp ứng nhanh • Zero Cross Trigger Ưu điểm • Tiết kiệm năng lượng Method.

• Không tạo ra tia nhiễu • Nhỏ gọn.

• Không tiếp xúc cơ học.

• Tuổi thọ cao • Tuổi thọ của BTA100 Nhược điểm • Cần chú ý đến dòng phụ thuộc vào điều kiện điện định mức sử dụng và chất lượng

• Sự tương thích với tải của linh kiện.

• Yêu cầu tản nhiệt • Phụ thuộc vào tải.

Dựa vào bảng so sánh ưu nhược điểm của các mạch hàn nhóm quyết định chọn sử dụng mạch SSR để làm mạch hàn chính.

Nguyên lý hàn: Arduino cấp tính hiệu 5V điều khiển SSR DA cho dòng điện 220V đi qua, chiết áp điều chỉnh SSR VA để thay đổi giá trị dòng điện Điện áp 220V với dòng điện đã điều chỉnh đi vào cuộn sơ cấp của biến áp Thông qua cảm ứng điện từ tạo ra điện áp ở cuộn thứ cấp thấp hơn điện áp đầu vào và dòng điện đầu ra lớn hơn đầu vào Do dòng điện cao nên sinh nhiệt ở vị trí kim hàn và làm nóng chảy ở vị trí tiếp xúc.

Hướng dẫn sử dụng máy hàn cell pin (MANUAL MAY HAN CELL PIN ở phần phụ lục được đính kèm file).

THỰC NGHIỆM - ĐÁNH GIÁ

Tiêu chí đánh giá điểm hàn

Để đánh giá mối hàn đạt tiêu chuẩn dựa vào các yêu cầu đặt ra sau đây: Độ bền hàn: khả năng của kết nối hàn chịu được lực tác động và duy trì tính chất cơ học trong điều kiện hoạt động. Độ ổn định: khả năng chống trượt, chống lỏng lẻo hoặc lỏng lẻo của các thành phần hàn Một mối hàn ổn định có khả năng chống lại các yếu tố ngoại lực và môi trường xung quanh. Độ đồng nhất: mức độ liên kết giữa các vật liệu được hàn. Điện trở: Điện trở của mối hàn đo lường mức độ truyền dẫn điện của kết nối hàn. Điện trở thấp là một chỉ số tốt, cho thấy mối hàn có khả năng truyền dẫn điện tốt và giảm thiểu mất năng lượng.

Thẩm mỹ: Một kết nối hàn được coi là thẩm mỹ nếu mối hàn có hình dạng đẹp, bề mặt mịn màng và không lỏng lẻo hoặc bong tróc. Điều kiện thử nghiệm: Kẽm dài 30mm, vị trí đặt giữa pin, thử nghiệm ở cực âm của pin.

Thang điểm: 5đ Điểm đánh giá dựa trên các tiêu chí: Độ cháy của mối hàn:

Cháy khét, lủng mối hàn (1đ)

Cháy 1 điểm, màu sắc của thiếc thay đổi nhẹ (2đ)

Không cháy, màu sắc không thay đổi (3đ) Độ bền của mối hàn:

Thiếc và pin không kết dính thành một (1đ): Sau khi kết thúc quá trình hàn, thiếc và pin vẫn không hợp nhất lại thành một khối Trên bề mặt thiếc vẫn có 2 dấu vị trí kim hàn nhưng hiệu quả nhiệt độ để kết dính là không có Thiếc không cố định trên mặt pin.

Hình 6.1 1 Thiếc và pin không dính vào nhau

Dùng tay kéo ra (2đ): Thiếc và pin đủ nhiệt độ để kết dính lại thành một Cố định được thiếc trên bề mặt pin Tuy nhiên vẫn có thể dùng lực tay không nhẹ để tách thiếc ra khỏi pin Hiện tượng để lại sau khi tách bằng tay chỉ có một phần nhỏ của thiếc bằng tiết diện kim hàn dính dính lại pin.

Hình 6.1 2 Thiếc và pin có thể dùng tay tách ra

Dùng kìm kéo nhẹ (3đ): Thiếc và pin đủ nhiệt độ để kết dính Dùng tay không ta không thể tách rời được với một lực mạnh Tuy nhiên dùng kìm với lực vừa phải ta vẫn có

72 thể tách rời pin và thiếc, sau khi tách lượng thiếc bám lại bề mặt pin khá lớn do rách từ vụ xé kiểm nghiệm.

Hình 6.1 3 Thiếc và Pin dung kìm tách ra với lực nhẹ

Dùng kìm kéo mạnh (4đ): Thiếc và pin kết dính đủ chặt Không thể dùng tay để kiểm nghiệm, dùng kìm kéo với lực khá mạnh mới có thể xé được thiếc ra khỏi pin Sau khi tách lượng kẽm bị rách và bám vào pin khá lớn.

Hình 6.1 4 Thiếc và Pin dùng kìm tách ra với lực mạnh

Kẽm có dính vào kim hàn không (1đ)

Bảng 6.1 1 Bảng tiêu chí đánh giá Độ cháy Độ bền Dính vào kim Điểm

Tiêu tổng chí Cháy Cháy Không Không Kéo Kéo Kéo

Không kiềm kiềm Dính khét vừa cháy dính tay dính nhẹ mạnh Điểm 1 2 3 1 2 3 4 1 2

Vậy để có mối hàn đẹp đạt chất lượng thì cần 5đ và đạt những tiêu chí đủ như bảng đã nêu trên.

Thực nghiệm và nhận xét

Bảng 6.2 1 bảng thực nghiệm kẽm 0.1mm thời gian 10ms

Thời gian Công suất (10-100%) Đánh giá (0-5)

Hình 6.2.1 Thực nghiệm điểm hàn với kẽm 0.1mm và thời gian 10ms

Nhận xét: kẽm 0.1mm tại thời gian hàn 10ms công suất từ (10-100%): như khảo sát thực tế thì cho thấy tại các công suất từ (10-80%) sẽ hàn không dính kẽm và pin với nhau. ở công suất 90% mối hàn dính với pin nhưng rất lỏng, còn tại thời điểm 100% thì mối hàn dính với pin nhưng dùng lực nhẹ có thể tách kẽm ra khỏi pin một cách dễ dàng.

Bảng 6.2 2 Bảng thực nghiệm kẽm 0.1mm thời gian 20ms

Nhận xét: công suất từ (10-50%) mối hàn không dính vào pin Công suất 60%,70% mối hàn lỏng lẽo có thể dùng tay tách ra được Công suất 90% mối hàn dùng kìm tách ra với lực mạnh và kẽm dính lại pin nhiều Công suất 90% mối hàn chắc, cháy nhẹ thay đổi màu kẽm và không dính kim hàn.100% kim hàn bị cháy dính vào pin, khi về vị trí ban đầu làm thay đổi vị trí pin, không tiếp tục quá trình tự động được.

Nhận xét: Công suất 10-30% kẽm không dính vào pin 40% mối hàn còn lỏng và dùng lực nhẹ có thể tách kẽm và pin ra được công suất 50, 60% mối hàn chắc nhưng dùng kìm tách lực nhẹ có thể tách ra và kẽm dính lại pin không nhiều còn ở công suất 70% mối hàn đạt những yêu cầu đề ra Công suất 80% mối hàn bị cháy nhẹ, công suất 90% mối hàn bị cháy thủng kẽm Ở công suất 100% kẽm hàn bị cháy.

Nhận xét: công suất 10-30% kẽm không dính vào pin Công suất 40% mối hàn bị lỏng không chắc chắn Công suất 50% mối hàn có thể dùng kìm tách kẽm ra khỏi pin với lực nhẹ Công suất 60% thì mối hàn chắc chắn không bị cháy và phải dùng lực mạnh để tách kẽm ra khỏi pin Công suất 70-90% mối hàn bị cháy tách kẽm ra bị cháy một bên Ở công suất 100% thì kẽm cháy và thủng kẽm.

Nhận xét: ở công suất 10-20% kẽm và pin không dính với nhau Công suất 30-40% mối hàn lỏng không chắc chắn Ở công suất 50% cho được mối hàn đạt yêu cầu như không cháy kẽm tách với lực lớn Công suất 60% mối hàn bị cháy nhẹ Ở công suất 70%.

Nhận xét: kẽm 0.2mm tại thời gian hàn 10ms công suất từ (10-100%): như khảo sát thực tế thì cho thấy tại các công suất từ (10-80%) sẽ hàn không dính kẽm và pin với nhau ở công suất 90% mối hàn dính với pin nhưng rất lỏng, còn tại thời điểm 100% thì mối hàn dính với pin nhưng dùng lực nhẹ có thể tách kẽm ra khỏi pin một cách dễ dàng.

Nhận xét: công suất từ (10-50%) mối hàn không dính vào pin Công suất 60% mối hàn lỏng lẽo có thể dùng tay tách ra được Công suất 70% mối hàn dùng kìm tách ra với lực nhẹ và kẽm dính lại pin không nhiều Công suất 80% mối hàn dùng kìm tách ra với lực nhỏ, ở công suất 90% kẽm dính với pin và dùng kìm với tách kẽm ra với lực lớn và rách kẽm Ở 100% mối hàn bị cháy.

Nhận xét: công suất 10-30% kẽm không dính vào pin Công suất 40-50% mối hàn bị lỏng không chắc chắn Công suất 60% mối hàn có thể dùng tay tách kẽm ra khỏi pin với lực nhẹ Công suất 70% mối hàn dùng kìm tách ra với lực nhẹ Ở công suất 80% thì mối hàn chắc chắn dùng kìm tách ra với lực mạnh đạt yêu cầu Công suất 90% mối hàn bị cháy, công suất 100% mối hàn bị thủng.

Nhận xét: công suất 10-30% kẽm không dính vào pin Công suất 40% mối hàn bị lỏng không chắc chắn Công suất 50% mối hàn có thể dùng tay tách kẽm ra khỏi pin với lực nhẹ Công suất 60% mối hàn dùng kìm tách ra với lực nhẹ Ở công suất 70% thì mối hàn chắc chắn dùng kìm tách ra với lực mạnh đạt yêu cầu Công suất 80% mối hàn bị cháy nhẹ, công suất 90% mối hàn bị cháy thay màu của kẽm Công suất 100% mối hàn bị thủng.

Nhận xét: ở công suất 10-20 kẽm không dính vào pin Ở công suất 30% mối hàn lỏng lẽo Công suất 40-50% kẽm dính vào pin và có thể dùng tay tách kẽm ra được Công suất 60% mối hàn đẹp và đạt yêu cầu Công suất 70-80% mối hàn bị cháy nhẹ Công suất 90% mối hàn bị cháy một bên Ở công suất 100% kẽm bị cháy thủng.

Hình 6.2.11 Thực nghiệm điểm hàn với kẽm 0.3mm và thời gian

10ms Nhận xét: công suất 10-100% mối hàn và pin không dính với nhau.

Thời gian Công suất (10-100) Đánh giá (0-5)

Hình 6.2.12 Thực nghiệm điểm hàn với kẽm 0.3mm và thời gian

20ms Nhận xét: công suất 10-100% mối hàn và pin không dính với nhau.

Nhận xét: công suất 10-90% mối hàn và pin không dính với nhau Công suất 100% mối hàn lỏng lẽo.

Nhận xét: công suất 10-70% mối hàn và pin không dính với nhau Công suất 80% mối hàn lỏng lẽo không chắc chắn Ở công suất 90-100% mối hàn có thể dùng kìm tách với lực nhẹ.

Nhận xét: công suất 10-70% mối hàn và pin không dính với nhau Công suất 80% mối hàn lỏng lẽo không chắc chắn Ở công suất 90% mối hàn có thể dùng tay tách kẽm ra khỏi kẽm Ở công suất 100% thì dùng kìm tách kẽm ra khỏi pin với lực nhẹ.

Nhận xét chung: từ các thực nghiệm ở trên nhóm đã rút ra ở mỗi loại kẽm muốn được mối hàn đạt tiêu chí đánh giá cần có thời gian và công suất nhất định Ở kẽm 0.3mm để hàn được mối hàn đạt tiêu chuẩn cần thay đổi thời gian hàn lớn hơn.

Vậy sau khi thực nghiệm ta thấy để tạo ra mối hàn đạt chất lượng cần có sự cân đối giữa các yếu tố như là: thời gian, công suất và độ dày của kẽm Từ những thực nghiệm trên ta rút ra bảng thông số cài đặt tối ưu.

Bảng 6.2 16 Bảng thông số cài đặt tối ưu đối với kẽm dày 0.1mm

Khuyến nghị đối với kẽm 0.1mm nên sử dụng công suất 80% thời gian 20ms là phù hợp nhất.

Bảng 6.2 17 Bảng thông số cài đặt tối ứu đối với kẽm dày 0.2mm

Kết quả

Kết quả mối hàn tại vị trí hàn với số lần hàn trên cell pin là k = 1 tương ứng với 2 chấm trên kẽm hàn.

Hình 6.3 1 Với mối hàn trên một cell bằng 1

Kết quả mối hàn tại vị trí hàn với số lần hàn trên cell pin là k = 2 tương ứng với 4 chấm trên kẽm hàn.

Hình 6.3 2 Mối hàn trên một cell bằng 2

Hình 6.3 3 Mối hàn trên một cell bằng 3

Hình 6.3 4 Mối hàn trên khối 2s3p với mối hàn bằng 2

Vậy từ thông số của (bảng 6.2.17) ta thu được kết quả như hình trên Mối hàn sáng bóng, kẽm lõm xuống không xuất hiện tình trạng thủng, điểm hàn không bị oxi hóa, điểm hàn đồng đều.

Đánh giá thời gian hàn so với các máy hàn trong nước hiện nay

Bảng 6.4 1 Bảng so sánh thời gian hàn với số lần hàn mỗi đầu cell pin là 1 (k = 1), số lượng pin là 60 viên

Tiêu chí so sánh Thời gian gá, Thời gian hàn Số viên pin hàn

Các loại máy tháo gỡ (s) (s) được trong 2 giờ

Máy hàn cell pin tự động (3 60 380 981 trục)

Máy hàn cell pin bán tự động 50 600 664

Máy hàn cell pin thủ công 50 615 649

Tiêu chí so sánh Thời gian gá, Thời gian hàn Số viên pin hàn

Các loại máy tháo gỡ (s) (s) được trong 2 giờ

Tiêu chí so sánh Các loại máy

Thời gian gá, tháo gỡ (s)

Số viên pin hàn được trong 2 giờ(viên)

Bảng 6.4 4 Bảng đánh giá máy hàn cell pin ba trục và máy hàn cell pin trong nước

Tiêu chí đánh giá Máy hàn cell pin ba trục Máy hàn cell pin 1 trục

(sản phẩm của nhóm) (sản phẩm trong nước)

Cơ khí Ba trục X, Y, Z Trục Z Điện áp đầu vào 220V/50Hz 220V/50Hz

Loại kẽm hàn tối đa 0.2mm 0.2mm

Bộ nhớ Kích thước 10 loại pin không

Kích thước máy 380x500x611mm 300x300x360mm Động cơ Động cơ bước size 42 Động cơ bước size 42 Điều khiển Tự động Bán tự động

Chu kì máy 60 viên pin 1 viên

Phương pháp hàn Hàn điện trở Hàn điện trở

Phương pháp điều khiển Arduino mega2560 Timer BTA100

KẾT LUẬN - HƯỚNG PHÁT TRIỂN Kết luận

Tóm lại, việc nghiên cứu và chế tạo máy hàn cell pin đã đạt được những thành công nhất định (thay đổi số pin hàn mong muốn, hàn tự động, tự hàn và cài đặt được thời gian, công suất, vị trí mong muốn).

Máy hàn cell pin 3 trục đem lại nhiều kết quả đáng chú ý như độ chính xác cao, tăng năng suất, tính linh hoạt, đảm bảo an toàn và tăng độ tin cậy của sản phẩm.

Nhóm nghiên cứu và phát triển liên tục, tiếp tục nghiên cứu và phát triển công nghệ máy hàn cell pin để nâng cao hiệu suất, độ chính xác và tính linh hoạt Cải thiện liên tục công nghệ máy hàn cell pin sẽ đáp ứng được các yêu cầu sản xuất ngày càng khắt khe và mang lại lợi ích lớn cho ngành công nghiệp cell pin.

Phát triển giám sát quá trình hàn.

Phát triển cơ cấu định vị kẽm hàn chính xác.

Tích hợp kiểm tra và chẩn đoán: trang bị các công cụ kiểm tra và chẩn đoán để phát hiện các lỗi hoặc vấn đề trong quá trình hàn.

Phát triển kỹ thuật hàn không dây: giảm thiểu dây cáp và đơn giản hóa quá trình lắp ráp.

[1] Hà Văn Vui, Nguyễn Chi Sang, Phan Đăng Phong, Sổ tay thiết kế cơ khí-tập 1, NXB khoa học và kỹ thuật Hà Nội-2006.

[2] Hà Văn Vui, Nguyễn Chi Sang, Phan Đăng Phong, Sổ tay thiết kế cơ khí-tập 2, NXB khoa học và kỹ thuật Hà Nội-2006.

[3] Nguyễn Hữu Lộc, Cơ sở thiết kế máy, NXB ĐHQG Tp.HCM, 2016.

[4] Trần Hữu Quế, Vẽ kỹ thuật cơ khí tập 1, NXB Giáo dục, 2012.

[5] PGS.TS Ninh Đức Tốn, Giáo trình dung sai lắp ghép và kỹ thuật đo lường – NXB Giáo Dục.

[6] Trịnh Chất, Lê Văn Uyển, Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí (tập 1), NXB Giáo dục

[7] Hồng Phúc, Động Cơ 3 Pha, Động Cơ Bước, link https://dongco3pha.com/dong-co- buoc.html , 07/2023.

[8] DFRobot, TB6600 Stepper Motor Driver User Guide, link https://bom.so/b08ol1 , 07/2023.

[9] TDC, Pin 18650, link https://dientu5ngay.com/pin-18650-la-gi-hieu-ro-ve-pin-18650- trong-5-phut/, 07/2023.

[10] Beecost, Máy Hàn Pin, link https://beecost.vn/may-han-cell-pin.html , 07/2023.

[11] Điện Tử, Giới Thiệu Arduino Mega, link www.dientutuonglai.com ,07/2023.

MANUAL MAY HAN CELL PIN (xem tài liệu được đính kèm).

TT Ten goi SL Vat lieu Ghi chu

9 Nhom dinh hinh 2 Nhom 6061 TCVN 12513-2:2018

11 Ga nang xy lanh 1 Thep C45 TCVN 1766-1975

13 Ga giu cum kep 1 Thep C45 TCVN 1766-1975

14 Cum kep kim loai 2 Thau TCVN 1766-1975

19 Cum do truc 2 Thep C45 TCVN 1766-1975

20 Dong co buoc 3 DO AN TOT NGHIEP

BAN VE MAY HAN CELL PIN

21 Ga dong co A 1 Thep C45 TCVN 1766-1975

22 Ga dong co B 1 Thep C45 TCVN 1766-1975 Kiem tra Ho va ten Chu ky Ngay

23 Goi truot mang ca 4 Thep 440C TCVN 1766-1975 Trach nhiem Dong Si Linh 27/07 To: 01 So to: 8

24 Ke vuong 8 Nhom 6061 TCVN 12513-2:2018 Duyet Pham Van Thieu 25/07 Dai Hoc Su Pham Ky Thuat TP.HCM

Khoa Co khi Che Tao May

25 Thiet ke Nguyen Duc Duy 30/06 Lop: 19146CL2B

TT Ten goi SL Vat lieu Ghi chu

1 Ga nang xy lanh 1 Thep C45 TCVN 1766-1975

2 Ga do xylanh 1 ThepC45 TCVN 12513-2:2018

4 Ga giu cum kep 1 Nhom 6061 TCVN 12513-2:2018

6 Ga kep trai 1 Nhom 6061 TCVN 12513-2:2018 DO AN TOT NGHIEP

BAN VE MAY HAN CELL PIN

7 Ga kep phai 1 Nhom 6061 TCVN 12513-2:2018

8 Kep kim loai trai 1 Thau TCVN 12513-2:2018 Kiem tra Ho va ten Chu ky Ngay

9 Kep kim loai phai 1 Thau TCVN 12513-2:2018 Trach nhiem Dong Si Linh 27/07

10 Dau cong tac 1 Nhom 6061 TCVN 12513-2:2018 Duyet Pham Van Thieu 25/07

11 Bulong M4 4 Thep C45 TCVN 1766-1975 Thiet ke Nguyen Duc Duy 30/06

Kiem tra Ho va ten

KL: 49753g Trach nhiem Dong Si Linh 27/07 To: 08 So to: 8

Dai Hoc Su Pham Ky Thuat TP.HCM

Khoa Co khi Che Tao May Thiet ke Nguyen Duc Duy 30/06 Vat lieu: Nhom 6061 Lop: 19146CL4A

DO AN TOT NGHIEP MAY HAN CELL PIN

Kiem tra Ho va ten Chu ky Ngay

Tam truoc Ti le 1:2 KL: 52g

Trach nhiem Dong Si Linh 27/07 To: 03 So to: 8

Thiet ke Nguyen Duc Duy 30/06 Vat lieu: Nhom 6061 Lop: 19146CL4A

Tam sau Ti le 1:2 KL: 52g

Tr.nhiem Dong Si Linh 27/07 To: 05 So to: 8

DO AN TOT NGHIEP MAY HAN CELL PIN Cac canh vat C0.2

Khoa Co khi Che Tao May Thiet ke Nguyen Duc Duy 30/06 Vat lieu: Nhom 6061 Lop: 19146CL4A

Tam phai Ti le 1:2 KL: 52g

D ai H o c S u P h am K ho a C o kh i C he Lo p: 1 91 46 C L4 A

DO AN TOT NGHIEP M A Y H A N C E L L P IN M at b an V at li eu : N h o m 6 06 1

C hu k y H o v a te n D o n g S i L in h P h am V an T h ie u N g u ye n D u c D u y

K ie m t ra T ra ch n h ie m D u ye t T h ie t ke

C 0 2 ac c an h v at Y eu ca u k y t h u at : ±0 1 10 ± 0 1

DO AN TOT NGHIEP M A Y H A N C E L L P IN T ru c X V at li eu : N h o m 6 06 1

K ie m t ra T ra ch n h ie m D u ye t T h ie t ke C a c c a n h v a t C 0 2

Trach nhiem Dong Si Linh 27/07

Thiet ke Nguyen Duc Duy 30/06

DO AN TOT NGHIEP M A Y H A N C E L L P IN N g ay C hu k y H o v a te n K ie m t ra 23 6 ±0 2 13 7 ±0 2 37 ± 0 15 20 ± 0 1 C 0 2

15 55 ±0 ky th ua t:c an hv a t ca uC ac Y eu

DO AN TOT NGHIEP MAY HAN CELL PIN Cac canh vat C0.2

Kiem tra Ho va ten Chu ky Ngay Ti le 2:1 KL: 76g

DO AN TOT NGHIEP M A Y H A N C E L L P IN K ep k im lo ai p ha i V at li eu : N h o m 6 06 1

K ie m t ra T ra ch n h ie m D u ye t T h ie t ke

C ac c an h v at Y eu ca u k y t h u at :

Kiem tra Ho va ten Chu ky Ngay Ti le 2:1 KL: 125g

Trach nhiem Dong Si Linh 27/07

Ga dong co A To: 10 So to: 8

Thiet ke Nguyen Duc Duy 30/06 Vat lieu: C45 Lop: 19146CL4A

HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG MÁY HÀN CELL PIN

Sản phẩm của nhóm nghiên cứu thiết kế Trường Đại Học

Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM

Luôn đọc hướng dẫn trước khi sử sản phẩm (Máy Hàn Cell Pin)

Khi sử dụng hệ thống, luôn đọc tài liệu liên quan và cân nhắc cẩn thận đối với vấn đề an toàn.

Trong phần này, cần chú ý đến những điểm sau và sử dụng sản phẩm thật cẩn thận

• Không chạm vào tiếp điểm khi vẫn đang cắm điện để tránh bị điện giật.

• Không chạm vào bộ phận di chuyển.

• Khi đặt pin và lấy pin cần tắt máy.

• Làm theo chỉ dẫn của người hướng dẫn.

• Tắt nguồn điện trước khi lắp vào hoặc tháo khối pin ra Không làm theo có thể dẫn đến sự cố hoặc điện giật

• Khi thiết bị động cơ (ví dụ như bảng X/Y/Z) phát ra những âm thanh bất thường, ấn vào “Power” hoặc “Emergency switch” để ngắt nguồn.

• Khi có vấn đề xảy ra, thông báo cho người hướng dẫn sớm nhất có thể

• Không tháo rời khung của máy hoặc thay đổi đấu nối điện mà không có sự đồng ý của hướng dẫn Làm như vậy có thể dẫn đến hỏng, trục trặc,khiến bản thân bạn bị thương hoặc hỏa hoạn

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN THIẾT BỊ 3

I Hiển thị các chế độ cài đặt: 5

1 Cách thay đổi chế độ hoạt động: 5

2 Cách thay đổi kích thước khối pin, thời gian, số điểm hàn: 6

3 Cách thay đổi vị trí giữa các điểm hàn 7

II Hiển thị chế độ hoạt động Auto 9

III Hiển thị chế độ manual 10

CHƯƠNG 4 THÔNG SỐ CÀI ĐẶT 11

II Bảng thông số cài đặt tối ưu 11

CHƯƠNG 5: XỬ LÝ GỠ LỖI 12

GIỚI THIỆU

TỔNG QUAN

Máy hàn cell pin là một đồ án nghiên cứu, thiết kế của nhóm sinh viên trường đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM, dựa trên sự nóng chảy của các vật liệu và thuật toán điều khiển vị trí đầu công tác để thực hiện công việc hàn các cell pin Nguyên lí điều khiển được chia thành 2 phần gồm điều khiển công suất và điều khiển vị trí.

Phần điều khiển công suất hàn sử dụng xung kép với mức điện áp là 5V và thời gian kích xung là 10ms Tín hiệu này sẽ điều khiển việc đóng ngắt của SSR, phương pháp điều khiển Zero Cross Trigger của SSR – 40DA sẽ bắt điểm Zero của dòng điện xoay chiều để đảm bảo độ ổn định của mối hàn. Ngoài ra công suất máy còn được hiệu chỉnh thông qua SSR – 40VA, với phương pháp điều khiển Phase Control giúp cắt xén phần điện xoay chiều qua đó sẽ thay đổi được dòng điện qua tải một cách chính xác.

Hình 1 Phương pháp Zero Cross Trigger

Hình 2 Phương pháp điều khiển Phase Control

Phần điều khiển vị trí dựa trên cách xử lí ma trận để hoàn thành một chu kì hàn Các động cơ bước trục X, Y, Z được điều khiển thông qua vi xử lí Arduino Mega 2560, với mức độ sai số không đáng kể Chương trình cho phép người dùng điều chỉnh được các thông số khoảng cách các cell pin, tốc độ chạy máy, số lượng cell pin, thời gian thực hiện quá trình hàn.

TÍNH NĂNG ĐẶC BIỆT

CHƯƠNG TRÌNH HÀN: máy có 2 chế độ hoạt động bao gồm: Chế độ

AUTO và chế độ MANUAL.

Chế độ AUTO: máy tự động hàn một khối pin theo các thông số được cài đặt lần lượt từ chiều dọc và chiều ngang của khối pin Sau mỗi chu kì máy đầu công tác sẽ được đưa về vị trí home ban đầu Người dùng có thể điều chỉnh và lưu lại các khoảng cách của 10 khối pin khác nhau.

Chế độ MANUAL: máy chỉ hàn 1 cell riêng lẻ theo sự điều khiển trực tiếp từ người dùng.

Hướng dẫn sử dụng máy hàn cell pin trang 2/12

TỔNG QUAN THIẾT BỊ

CẢNH BÁO AN TOÀN

Một số bộ phận có sử dụng nguồn điện lưới (220V) vì vậy nên cẩn thận khi đấu nối và làm việc Nên cách điện các bộ phận có kết nối trực tiếp với nguồn điện lưới để đảm bảo an toàn Nên đeo kính bảo hộ khi sử dụng máy.

SƠ ĐỒ MÁY

Nút nhấn mặt trước: Chuyển đổi chế độ Vận hành máy

CÔNG SUẤT / THỜI GIAN / TỐC DỘ

EMERGENCY STOP Điều chỉnh các thông số hàn

Nút tăng, thay đổi vị trí trục Nút cài đặt các chế độ

Nút nhấn bên trái: Điều chỉnh trục Y Điều chỉnh trục X

Nút giảm, thay đổi vị trí trục

VẬN HÀNH

Hiển thị các chế độ cài đặt

Để vào chế độ cài đặt: Gạt công tắc qua chế độ Setup

Hiển thị cài đặt Chọn chế độ

Số cell, thời gian, số điểm hàn

1 Cách thay đổi chế độ hoạt động: Để vào chế độ hoạt động:

Bước 1: Di chuyển con trỏ (bằng nút Start) đến vị trí chế độ.

Bước 2: Nhấn nút Set để chọn, màn hình hiển thị như sau:

Chạy với chế độ auto Chạy với chế độ manual

2 Cách thay đổi kích thước khối pin, thời gian, số điểm hàn:

Số lần hàn trên mỗi cell (kí hiệu K)

Bước 1: Gạt công tắc qua chế độ Setup

Bước 2: Di chuyển con trỏ (bằng nút Start) đến vị trí số cell, T, K.

Bước 3: Nhấn Set để chọn, màn hình sẽ hiển thị như sau:

Bước 4: Di chuyển con trỏ bằng nút Start đến thông số cần cài đặt.

Bước 5: Để tăng thông số nhấn Up, Giảm thông số nhấn Down.

Bước 6: Gạt công tắc qua chế độ Run để lưu cài đặt.

3 Cách thay đổi vị trí giữa các điểm hàn

P0, P1, P2: là 3 điểm cần xác định để máy lấy vị trí khi thay đổi kích cỡ pin (18650,28650).

Vị trí Cell pin trên trục X và Cell pin trên trục Y với X là số cell mắc song song (p) và Y là số cell mắc nối tiếp (s)

Ví dụ: để hàn khối pin 3s2p ta cần cài đặt thông số như sau: X=2; Y=3.

Bước 1: Gạt công tắc qua chế độ Setup

Bước 2: Di chuyển con trỏ (bằng nút Start) đến vị trí.

Bước 3: Nhấn Set để chọn.

Bước 4: Nhấn Start để thay đổi loại pin.

Bước 5: Nhấn Set để cài đặt thông số cho Pin loại 3.

Bước 6: Di chuyển con trỏ bằng nút Start đến thông số cần cài đặt.

Bước 7: Để tăng thông số nhấn Up, Giảm thông số nhấn Down.

Bước 8: Gạt công tắc qua chế độ Run để lưu cài đặt.

Hiển thị chế độ hoạt động Auto

Chế độ làm việc Số lần hàn trên 1 cell Công suất hàn

Số cell cần hàn Thời gian hàn

Chỉnh công suất bằng cách xoay chiết áp.

Chỉnh thời gian bằng cách xoay chiết áp.

Nhấn Start để bắt đầu hàn.

Hiển thị chế độ manual

Thời gian hàn (10-50ms) Công suất hàn (0-100%)

THÔNG SỐ CÀI ĐẶT

Nguồn điện

Điện áp hoạt động (220V± 2%) /50Hz.

Bảng thông số cài đặt tối ưu

Bảng thông số đối với kẽm 0.1mm

Bảng thông số đối với kẽm 0.2mm

Khuyến nghị đối với kẽm 0.2mm nên sử dụng công suất 90% thời gian20ms là phù hợp nhất.

XỬ LÝ GỠ LỖI

Vấn đề Nguyên nhân Giải pháp

Không nhận thông số Chưa lưu cài đặt Chuyển Switch về Run cài đặt để lưu cài đặt.

Mối hàn bị cháy Công suất cao hoặc thời Điều chỉnh thời gian và gian lâu công suất theo bảng thông số tối ưu với loại kẽm đang sử dụng hoặc có thể thay đổi hai thông số này với loại kẽm đang sử dụng.

Mối hàn không dính Công suất thấp hoặc Điều chỉnh thời gian và thời gian nhanh công suất theo bảng thông số tối ưu với loại kẽm đang sử dụng hoặc có thể thay đổi hai thông số này với loại kẽm đang sử dụng.

Vị trí hàn không chính Do sai số máy khi làm Nhấn Reset để khôi xác việc lâu phục vị trí home.

Mối hàn lún sâu, hiện Đầu kim hàn nhọn hoặc Mài kim hàn, chỉnh lại độ tượng thủng đầu cell khoản cách giữa kim cao kim hàn so với bề pin hàn và bề mặt hàn chưa mặt hàn. hợp lý.

Phát hiện âm thanh lạ Lỗi phần cơ khí Nhấn nút dừng khẩn cấp trong quá trình hàn, đầu và kiểm tra. công tác đứng yên.

Tiêu đề	Nghiên Cứu Và Chế Tạo Máy Hàn Cell Pin
Tác giả	Lê Khắc Đỉnh, Phạm Văn Thiệu, Nguyễn Đức Duy
Người hướng dẫn	KS. Đồng Sĩ Linh
Trường học	Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Công Nghệ Kỹ Thuật Cơ Điện Tử
Thể loại	Đồ Án Tốt Nghiệp
Năm xuất bản	2022-2023
Thành phố	Tp. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	177
Dung lượng	6,25 MB