随着硬币的推广使用，手工包卷硬币的方法已不能满足大量硬币处理的要求。因而国内外很重视高性能硬币检测、清分 和包装设备的研究和开发。以美国、日本和德国为代表的发达 国家,硬币处理技术有关的研究工作开展也较早，并初步形成 了相关的设备产业。但经过市场调研了解到，目前硬币的自动 包装设备与市场要求还有较大差距。此类现有产品设备体积 大且价格较高，面向用户主要是银行的货币库处理中心或造币 厂。随着硬币流通作用的进一步加强，实际上迫切需求价格适 中的一种小型硬币自动处理和包装设备。但由于硬币包装运 动关系和设备结构复杂，同时受传统设计模式的限制，导致一 种新型包装机开发过程中的空间干涉、运动关系分析和后续的 装配等成为“瓶颈”问题。开发周期长,样机制作和实验费用 咼。

文中阐述了一种基于装配的设计思想，为硬币包装机的研 制提供了一种新的设计思路。一方面它强调从易于装配的角 度出发，进行对自动包装机设计的改进，以提高产品的研发 效率，减少装配时间和费用；另一方面强调了通过在计算机上 以可视化方式展示产品的实际装配过程,适时检查产品的可装 配性。它与传统的产品研发方法比较，可以有效地减少设计周 期和相关费用，同时使质量得以提高E。

1面向装配的硬币自动包装机设计

1. 16 面向装配的设计思想

面向装配的设计（DFA）是一种新的产品设计方法，即在 设计初期把产品设计过程与制造装配过程有机结合，从设计的 角度来保证产品的可装配性。引入面向产品装配过程的设计 思想，使设计的产品具有良好的结构，能高效地进行物理装配。 随着计算机技术的快速发展，使得面向装配的设计思想得以实 现。通过在计算机上完成产品零部件的实体建模，并且进行计 算机干涉分析，动态仿真等多次优化的设计过程，实现了产品 的三维设计过程与零部件装配过程的高度统一。

1. 26 硬币包装机设计中需要解决的关键技术

国内外现有的硬币自动包装设备由上到下分别设置了专 用的高速清点装置、硬币堆码和包卷系统、送纸与切纸机构、卷纸机构以及纸卷封口等机构。其基本功能要求为:对硬币进行 计数处理后,设法将硬币排列成叠，再送入包装和封口系统进 行硬币的卷纸、切纸和封口等操作，最后送出规范化包装的硬 币卷⑵。这类设备的组成环节多，结构复杂，且需专用的连续 包装用纸，使得该设备的体积大,应用范围受到限制。本文所 述的自动硬币包装机，针对中小用户（如储蓄所、公交等部 门）其设计目标为体积小的结构机型，功能目标灵活，功能 多样等特点，实现了对硬币的自动包装、计数、包卷和封口，并 根据真伪硬币材料的不同，实现了硬币的自动检测。图1为硬币自动包装机功能单元图。

图1 硬币包装机的功能单元

Fig. 1 The functional units of coin wrapping machine

为了实现上述设计的功能目标，文中所述的包装机采用了 全新的结构设计方案，主要包括以下关键技术：

首先，在对于进纸方法的设计首次采用了打印机式单页进 纸方式，纸张的规格可按所处理硬币面值的不同更换。图2为 硬币包装机进纸和封边部件的结构示意。当硬币进入包卷机 构的胶辊之间，同时搓纸进给机构（图中编号为3,后同）搓起 一张预先叠放在托纸盒4的特制的包装纸,通过导纸机构2正 确导入高速旋转胶辊和硬币之间，并迅速将硬币包装成卷，钩 边机构1摆入完成封口。采用打印式进纸方式省去了送纸、切 纸机构，实现了结构的简化，搓纸进给机构与钩边机构分别布 置在包卷机构的三个胶辊之间，这样设计的难点在于须保证它 们与包卷机构不发生干涉，并能实现预定的运动。

图2 进纸、封边机构示意图

Fig. 2 Sketch map of paper delivery and

edge sealing mechanisms

其次，在移送方案的确定上可以有两种选择：（1）从包卷 机构的上面接币，然后夹持直接竖直向下移动送到工作位置, 见图3。这是很多公司所采用的实现方式，但是这样从接币位 置到工作位置的移动，需要一个距离至少为50枚厚度最大的 硬币的高度（h = 120mm），从而会使包装机的高度增加，体积 增大。（2）采用移送机械手从和包卷位置平行的某个位置接 币，夹持，然后沿着一个圆弧旋转送到工作位置，见图2。文中 采用方案（2）作为移动送币方案。

为了实现上述设计的功能目标，文中所述的包装机采用了 全新的结构设计方案，主要包括以下关键技术：

首先，在对于进纸方法的设计首次采用了打印机式单页进 纸方式，纸张的规格可按所处理硬币面值的不同更换。图2为 硬币包装机进纸和封边部件的结构示意。当硬币进入包卷机 构的胶辊之间，同时搓纸进给机构（图中编号为3,后同）搓起 一张预先叠放在托纸盒4的特制的包装纸,通过导纸机构2正 确导入高速旋转胶辊和硬币之间，并迅速将硬币包装成卷，钩 边机构1摆入完成封口。采用打印式进纸方式省去了送纸、切 纸机构，实现了结构的简化，搓纸进给机构与钩边机构分别布 置在包卷机构的三个胶辊之间，这样设计的难点在于须保证它 们与包卷机构不发生干涉，并能实现预定的运动。

移送机械手实现了硬币摞从堆码机构到包卷机构的移送, 这样设计的好处在于结构十分紧凑，因而装置的总体积可大幅 度下降。却要求移送机械手要有很高的运动精度，能保证预定 的运动轨迹。此外，移送机构、堆币机构、包装机构的空间干涉 问题成为设计的难点。应用虚拟装配技术，可直观的让设计者 在设计阶段就可以考虑后续的装配问题，运动的合理性等。 1.3装配建模过程的关键问题

硬币包装机的装配建模实际上是对真实装配过程的模 拟⑶。通过虚拟装配技术在计算机中生成硬币包装机的数字 化样机，在此基础上进行仿真实验。就硬币包装机整体设备而 言，要在计算机中建立其装配模型，需寻求一条最优的装配路 径。

1.3.1确定装配层次

装配层次指硬币包装机总装配体的子装配体组成，装配层 次可按照包装机功能单元划分。各部分零件均在Pro/E零件 模块中进行参数化设计得到。

1.3.2确定装配顺序

根据硬币包装机的各个零件的结构尺寸形式和各部件之 间的约束关系，确定整个设备的装配顺序。

1.3.3确定装配约束

装配约束是确定基准件和其他组成件的定位及相互约束 关系，主要由装配特征、约束关系和装配设计模型树组成。

在Pro/E中零件装配,是在组件模块里实现，通过执行（元 件）％（装配）命令,添加约束关系完成。

 

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