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隨著硬幣的推廣使用，手工包卷硬幣的方法已不能滿足大量硬幣處理的要求。因而國內(nèi)外很重視高性能硬幣檢測、清分 和包裝設(shè)備的研究和開發(fā)。以美國、日本和德國為代表的發(fā)達(dá) 國家,硬幣處理技術(shù)有關(guān)的研究工作開展也較早，并初步形成 了相關(guān)的設(shè)備產(chǎn)業(yè)。但經(jīng)過市場調(diào)研了解到，目前硬幣的自動(dòng) 包裝設(shè)備與市場要求還有較大差距。此類現(xiàn)有產(chǎn)品設(shè)備體積 大且價(jià)格較高，面向用戶主要是銀行的貨幣庫處理中心或造幣 廠。隨著硬幣流通作用的進(jìn)一步加強(qiáng)，實(shí)際上迫切需求價(jià)格適 中的一種小型硬幣自動(dòng)處理和包裝設(shè)備。但由于硬幣包裝運(yùn) 動(dòng)關(guān)系和設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，同時(shí)受傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式的限制，導(dǎo)致一 種新型包裝機(jī)開發(fā)過程中的空間干涉、運(yùn)動(dòng)關(guān)系分析和后續(xù)的 裝配等成為“瓶頸”問題。開發(fā)周期長,樣機(jī)制作和實(shí)驗(yàn)費(fèi)用 咼。

文中闡述了一種基于裝配的設(shè)計(jì)思想，為硬幣包裝機(jī)的研 制提供了一種新的設(shè)計(jì)思路。一方面它強(qiáng)調(diào)從易于裝配的角 度出發(fā)，進(jìn)行對自動(dòng)包裝機(jī)設(shè)計(jì)的改進(jìn)，以提高產(chǎn)品的研發(fā) 效率，減少裝配時(shí)間和費(fèi)用；另一方面強(qiáng)調(diào)了通過在計(jì)算機(jī)上 以可視化方式展示產(chǎn)品的實(shí)際裝配過程,適時(shí)檢查產(chǎn)品的可裝 配性。它與傳統(tǒng)的產(chǎn)品研發(fā)方法比較，可以有效地減少設(shè)計(jì)周 期和相關(guān)費(fèi)用，同時(shí)使質(zhì)量得以提高E。

1面向裝配的硬幣自動(dòng)包裝機(jī)設(shè)計(jì)

1. 16 面向裝配的設(shè)計(jì)思想

面向裝配的設(shè)計(jì)（DFA）是一種新的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法，即在 設(shè)計(jì)初期把產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程與制造裝配過程有機(jī)結(jié)合，從設(shè)計(jì)的 角度來保證產(chǎn)品的可裝配性。引入面向產(chǎn)品裝配過程的設(shè)計(jì) 思想，使設(shè)計(jì)的產(chǎn)品具有良好的結(jié)構(gòu)，能高效地進(jìn)行物理裝配。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，使得面向裝配的設(shè)計(jì)思想得以實(shí) 現(xiàn)。通過在計(jì)算機(jī)上完成產(chǎn)品零部件的實(shí)體建模，并且進(jìn)行計(jì) 算機(jī)干涉分析，動(dòng)態(tài)仿真等多次優(yōu)化的設(shè)計(jì)過程，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品 的三維設(shè)計(jì)過程與零部件裝配過程的高度統(tǒng)一。

1. 26 硬幣包裝機(jī)設(shè)計(jì)中需要解決的關(guān)鍵技術(shù)

國內(nèi)外現(xiàn)有的硬幣自動(dòng)包裝設(shè)備由上到下分別設(shè)置了專 用的高速清點(diǎn)裝置、硬幣堆碼和包卷系統(tǒng)、送紙與切紙機(jī)構(gòu)、卷紙機(jī)構(gòu)以及紙卷封口等機(jī)構(gòu)。其基本功能要求為:對硬幣進(jìn)行 計(jì)數(shù)處理后,設(shè)法將硬幣排列成疊，再送入包裝和封口系統(tǒng)進(jìn) 行硬幣的卷紙、切紙和封口等操作，最后送出規(guī)范化包裝的硬 幣卷⑵。這類設(shè)備的組成環(huán)節(jié)多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且需專用的連續(xù) 包裝用紙，使得該設(shè)備的體積大,應(yīng)用范圍受到限制。本文所 述的自動(dòng)硬幣包裝機(jī)，針對中小用戶（如儲(chǔ)蓄所、公交等部 門）其設(shè)計(jì)目標(biāo)為體積小的結(jié)構(gòu)機(jī)型，功能目標(biāo)靈活，功能 多樣等特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了對硬幣的自動(dòng)包裝、計(jì)數(shù)、包卷和封口，并 根據(jù)真?zhèn)斡矌挪牧系牟煌?，?shí)現(xiàn)了硬幣的自動(dòng)檢測。圖1為硬幣自動(dòng)包裝機(jī)功能單元圖。

圖1 硬幣包裝機(jī)的功能單元

Fig. 1 The functional units of coin wrapping machine

為了實(shí)現(xiàn)上述設(shè)計(jì)的功能目標(biāo)，文中所述的包裝機(jī)采用了 全新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，主要包括以下關(guān)鍵技術(shù)：

首先，在對于進(jìn)紙方法的設(shè)計(jì)首次采用了打印機(jī)式單頁進(jìn) 紙方式，紙張的規(guī)格可按所處理硬幣面值的不同更換。圖2為 硬幣包裝機(jī)進(jìn)紙和封邊部件的結(jié)構(gòu)示意。當(dāng)硬幣進(jìn)入包卷機(jī) 構(gòu)的膠輥之間，同時(shí)搓紙進(jìn)給機(jī)構(gòu)（圖中編號為3,后同）搓起 一張預(yù)先疊放在托紙盒4的特制的包裝紙,通過導(dǎo)紙機(jī)構(gòu)2正 確導(dǎo)入高速旋轉(zhuǎn)膠輥和硬幣之間，并迅速將硬幣包裝成卷，鉤 邊機(jī)構(gòu)1擺入完成封口。采用打印式進(jìn)紙方式省去了送紙、切 紙機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)的簡化，搓紙進(jìn)給機(jī)構(gòu)與鉤邊機(jī)構(gòu)分別布 置在包卷機(jī)構(gòu)的三個(gè)膠輥之間，這樣設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在于須保證它 們與包卷機(jī)構(gòu)不發(fā)生干涉，并能實(shí)現(xiàn)預(yù)定的運(yùn)動(dòng)。

圖2 進(jìn)紙、封邊機(jī)構(gòu)示意圖

Fig. 2 Sketch map of paper delivery and

edge sealing mechanisms

其次，在移送方案的確定上可以有兩種選擇：（1）從包卷 機(jī)構(gòu)的上面接幣，然后夾持直接豎直向下移動(dòng)送到工作位置, 見圖3。這是很多公司所采用的實(shí)現(xiàn)方式，但是這樣從接幣位 置到工作位置的移動(dòng)，需要一個(gè)距離至少為50枚厚度最大的 硬幣的高度（h = 120mm），從而會(huì)使包裝機(jī)的高度增加，體積 增大。（2）采用移送機(jī)械手從和包卷位置平行的某個(gè)位置接 幣，夾持，然后沿著一個(gè)圓弧旋轉(zhuǎn)送到工作位置，見圖2。文中 采用方案（2）作為移動(dòng)送幣方案。

為了實(shí)現(xiàn)上述設(shè)計(jì)的功能目標(biāo)，文中所述的包裝機(jī)采用了 全新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，主要包括以下關(guān)鍵技術(shù)：

首先，在對于進(jìn)紙方法的設(shè)計(jì)首次采用了打印機(jī)式單頁進(jìn) 紙方式，紙張的規(guī)格可按所處理硬幣面值的不同更換。圖2為 硬幣包裝機(jī)進(jìn)紙和封邊部件的結(jié)構(gòu)示意。當(dāng)硬幣進(jìn)入包卷機(jī) 構(gòu)的膠輥之間，同時(shí)搓紙進(jìn)給機(jī)構(gòu)（圖中編號為3,后同）搓起 一張預(yù)先疊放在托紙盒4的特制的包裝紙,通過導(dǎo)紙機(jī)構(gòu)2正 確導(dǎo)入高速旋轉(zhuǎn)膠輥和硬幣之間，并迅速將硬幣包裝成卷，鉤 邊機(jī)構(gòu)1擺入完成封口。采用打印式進(jìn)紙方式省去了送紙、切 紙機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)的簡化，搓紙進(jìn)給機(jī)構(gòu)與鉤邊機(jī)構(gòu)分別布 置在包卷機(jī)構(gòu)的三個(gè)膠輥之間，這樣設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在于須保證它 們與包卷機(jī)構(gòu)不發(fā)生干涉，并能實(shí)現(xiàn)預(yù)定的運(yùn)動(dòng)。

移送機(jī)械手實(shí)現(xiàn)了硬幣摞從堆碼機(jī)構(gòu)到包卷機(jī)構(gòu)的移送, 這樣設(shè)計(jì)的好處在于結(jié)構(gòu)十分緊湊，因而裝置的總體積可大幅 度下降。卻要求移送機(jī)械手要有很高的運(yùn)動(dòng)精度，能保證預(yù)定 的運(yùn)動(dòng)軌跡。此外，移送機(jī)構(gòu)、堆幣機(jī)構(gòu)、包裝機(jī)構(gòu)的空間干涉 問題成為設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。應(yīng)用虛擬裝配技術(shù)，可直觀的讓設(shè)計(jì)者 在設(shè)計(jì)階段就可以考慮后續(xù)的裝配問題，運(yùn)動(dòng)的合理性等。 1.3裝配建模過程的關(guān)鍵問題

硬幣包裝機(jī)的裝配建模實(shí)際上是對真實(shí)裝配過程的模 擬⑶。通過虛擬裝配技術(shù)在計(jì)算機(jī)中生成硬幣包裝機(jī)的數(shù)字 化樣機(jī)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。就硬幣包裝機(jī)整體設(shè)備而 言，要在計(jì)算機(jī)中建立其裝配模型，需尋求一條最優(yōu)的裝配路 徑。

1.3.1確定裝配層次

裝配層次指硬幣包裝機(jī)總裝配體的子裝配體組成，裝配層 次可按照包裝機(jī)功能單元?jiǎng)澐?。各部分零件均在Pro/E零件 模塊中進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)得到。

1.3.2確定裝配順序

根據(jù)硬幣包裝機(jī)的各個(gè)零件的結(jié)構(gòu)尺寸形式和各部件之 間的約束關(guān)系，確定整個(gè)設(shè)備的裝配順序。

1.3.3確定裝配約束

裝配約束是確定基準(zhǔn)件和其他組成件的定位及相互約束 關(guān)系，主要由裝配特征、約束關(guān)系和裝配設(shè)計(jì)模型樹組成。

在Pro/E中零件裝配,是在組件模塊里實(shí)現(xiàn)，通過執(zhí)行（元 件）％（裝配）命令,添加約束關(guān)系完成。

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