硬币分拣器设计(含全套CAD及三维图纸).pdf

1 硬币分拣器硬币分拣器 学生姓名 学号 所属学院机械电气化工程学院 专业 班级 指导老师 日期 机械电气化工程学院制 14 届毕业设计 2 绪论 1 1 硬币清分机背景 银行等一些特殊部门要对大量的硬币进行高效的处理 如计数 分类 包装 等以使其再流通 无人售票车 投币电话等需要对硬币进行实时识别 自动售货 机除了识别之外 还要提供找零功能等 而且在目前在世界范围内 硬币以其成 本低 流通次数多 耐磨损 易回收等无可替代的优势将占领小面额货币市场是 大势所趋 市场需要一种成熟可靠的硬币自动处理机具 鉴于此需要 我们研制 用于处理上述问题的机具 硬币清分机是金融行业设备中的用于清点硬币的技术产品 它的主要功能是 硬币的计数和硬币币种的清分 目前主要适用于超市 公交 自动售货行业 零 售业等行业 硬币清分机外型简单大方 设备原理清晰 操作简单易懂 价格适 中 在超市 零售等行业颇受欢迎 硬币清分机的最大优点在于它不仅可以清点硬币的数目 更能将各币种清分 开来 并且面对不同的国家的硬币不需要调整软件 只需要调整机器的硬件设备 就可以满足不同的国家的硬币清点需求 因此不仅占据了很大的市场份额 而且 对于生产成本也有所降低 1 2 国内外硬币清分机发展现状 1 2 1 国外硬币清分发展现状 硬币清分机至今已有 30 年的历史 发展到今天 硬币清分机已具有可靠的 传动系统和先进的计数清分功能 其智能化的设计为解决硬币清点的困难提供了 完美的选择 国外著名厂家有日本的荣光 瑞典的 SCANCOIN AB 由于国外硬币清分机发展比较早 其技术也较为成熟 硬币清分机的传动系 统技术具有低噪声 传动平稳 性能可靠等优点 计数功能采用光敏传感器 有功能齐全 操作更简便等优点 采用数字显示屏 进行可视化设计 全面显示 硬币的数量等信息 1 2 2 国内硬币清分机发展现状 1 硬币清分机在我国的市场前景 随着我国国民经济持续稳定地增长 2008 年北京申奥成功和 WTO 的加入 从本世纪开始 我国进入了全面建设小康社会的 3 新阶段 创造美好生活环境是金融行业发展的巨大推动力 我国第五版人民币的 发行 辅币 10 元以下 硬币化已经成为一种趋势 硬币的投放量还将大幅度增加 1 由于硬币手工清分成本大 利润小 一般不复点且误差多 因此硬币流通 自动化成为迫切的社会需求 所以硬币清分机将会成为国内金融市场的一个主流 机器 2 硬币清分机国内生产 在国内 清华大学 北京科技大学 上海交通大 学 杭州电子科技大学 苏州大学 福州大学等多家单位均对如何进行正确的硬 币识别做过深入研究 在机理上普遍采用电涡流法 这些单位的研究在可能涉及 的硬币范围内取得了较好的效果 但对硬币的鉴别都局限于项目本身 存在不系 统 不完整 对伪币效果识别不好等问题 3 硬币清分机是对高速通过的硬币进行识别 计数 同时对伪币 残币进 行剔除的系统 它是分类机 计数机 包装机 销毁机等众多硬币处理器具的基 础 由于国情和货币体系不同 研制各国统一的硬币清分系统不现实 因此 需 要针对不同的货币体系研制相应的清分系统 在这个领域里 国外较早的开展了研究 并且做了大量的工作 开发的产品大致 也分为三个档次 低档 中档和高档 低档清分速度在 1000 枚 min 以下 中档 为 1000 1500 枚 min 左右 高档则在 1500 枚 min 以上 所使用的清分方法上 主要有两大类 一类是根据物理技术进行清分 另一类是根据性能指标进行清分 高速清分基本上都是采用性能指标来进行清分 综观来看 当今国内外硬币清分装置 或者设计原理简单 抗振动 抗电磁干扰 能力差 识别伪币能力差 要么制造复杂 价格昂贵 缺少实用价值 苏州职业大学 4 2确定方案 硬币清分机主要设计是从硬币的分离 计数等几个方面进行考虑 分离步骤 分离步骤 具体的分离步骤是这样的 首先混币通过传输装置 定时定量的 定时定量 的目的在于防止一次送进过多的硬币而导致分离盘负担过大 引起堵塞和分离不 流畅 传输一部分混币到图中所示的分离盘 起先我们分离的是币值为 1 分的硬 币 所以第一个传感器挡币块与导轨的距离设计的要比 1 分的硬币略大 比 其它币值的硬币直径都要小 以此为标准再经过实验产生的分离效果 我们确定 一个合适的直径 这样一来 1 分的硬币和其它币值的硬币就区分了出来 其工作原理如下 启动电动机 电动机带动分离盘 使得分离盘转动 则分 离盘中的硬币作离心运动 硬币被拨到导轨中 导轨上端对应 6 个传感器挡币块 挡币块与导轨的距离大小循序从上到下依次变大 然后根据硬币的尺寸由小到 大的循序对挡币块与导轨之间的距离进行调整 从而对不同直径的硬币进行分 离 其装置简图如图 1 所示 图 1图 1 苏州职业大学 5 3传动设计传动设计 3 1电动机的选型电动机的选型 考虑到设计的硬币清分机机适用对象为零售业 银行和个体商户户 故电动 机电压应选用 220V 再考虑到所受的载荷不大 所需动力不是很大 选用小功率的 电动机 综合各方面因素 选用 YL 系列电动机 YL 系列电动机是新型高效节能产品 具有体积小 容量大 起动及运转性能优 越等特点 符合国际标准 IEC 的有关规定 并实现同一机座号单 三相异步电动机 等级相同 提高了单 三相电动机的互换性和通用性 被广泛应用于冷冻机 泵 风机 小型机床以及农副业和家用电器等方面 电动机的主要参数 电动机的主要参数 型号 YL801 4 电压 220V 功率 0 55KW 同步转速 1500r min 频率 50HZ 效率 68 功率因数 0 92 外形尺寸 295 165 200 电动机的安装方式电动机的安装方式 选择 IBM3 型 苏州职业大学 6 3 2V 带传动的设计 电动机 V 带轮的设计 主轴 V 带轮的设计 一一 V 带轮的设计要求带轮的设计要求 设计 V 带轮时应满足的要求有 质量小 结构工艺性好 无过大的铸造内 应力 质量分布均匀 转速高时要经过动平衡 轮槽工作面要经过精细加工 表 面粗糙度一般应为 3 2 以减带的磨损 各槽的尺寸和角度应保持一定的精度 以使载荷分布较为均匀等 二 带轮的材料带轮的材料 此处带轮的材料 采用铸铁 材料牌号为 HT200 三 V 带轮的结构带轮的结构 铸铁制 V 带轮的典型结构有以下几种形式 实心式 腹板式 孔板式 椭圆轮辐式 当带轮的基准直径 d d 2 5d d 为轴的直径 单位为 mm 时 可采用实心式 dd 300mm 时 可采用腹板式 当 21 dD 100mm 时 可采用孔板式 dd 300mm 时 可采用轮辐式 四 相关计算相关计算 已知电动机的额定功率为 0 55KW 转速 n1 1500r min 选取传动比为 i 3 9 采用普通 V 带传动 1 确定计算功率 Pca 由参考资料 1 表 8 6 查得工作情况系数 KA 1 1 故 Pca KA P 1 1 0 55 0 605KW 2 选取带型 根据 Pca n 由参考资料 1 图 8 9 确定选用 Z 型 3 确定带轮基准直径 由 1 表 8 3 和表 8 7 取主动轮基准直径 d 1d 71mm 则从动轮基准直径 d 2d i d 1d 3 9 71 276 9mm 根据参考资料 1 表 8 7 取 d 2d 280mm 按参考资料 1 式 8 13 验算带的速度 苏州职业大学 7 V 100060 11 ndd 100060 150071 m s 5 57 35m s 带的速度合适 4 确定 V 带的基准长度和传动中心距 根据 0 7 dd1 dd2 a0 2 dd1 dd2 即 245 7 a0 702 全套设计 36396305 苏州职业大学 8 图 3 30 导轨的几何角度 1 导轨在垂直平面和水平面内的直线度如图 3 30a b 所示 理想的导 轨面与垂直平面 A A 或水平面 B B 的交线均应为一条理想直线 但由于存在制造 误差 致使交线的实际轮廓偏离理想直线 其最大偏差量 即为导轨全长在垂直 平面 图 3 30a 和水平面 图 3 30b 内的直线度误差 2 导轨面间的平行度图 3 30c 所示为导轨面间的平行度误差 设 V 形 导轨没有误差 平面导轨纵向有倾斜 由此产生的误差 即为导轨间的平行度误 差 导轨间的平行度误差一般以角度值表示 这项误差会使运动件运动时发生 扭 曲 2 运动轻便 平稳 低速时无爬行现象 导轨运动的不平稳性主要表现在 低速运动时导轨速度的不均匀 使运动件出现时快时慢 时动时停的爬行现象 爬行现象主要取决于导轨副中摩擦力的大小及其稳定性 为此 设计时应合理选 择导轨的类型 材料 配合间隙 配合表面的几何形状精度及润滑方式 3 耐磨性好 导轨的初始精度由制造保证 而导轨在使用过程中的精度保 持性则与导轨面的耐磨性密切相关 该导轨的主要作用是引导硬币流出 所受 摩擦力主要是来自于硬币 硬币与导轨之间要不断的重复摩擦 所以导轨需要耐 磨性很好 而且导轨受到一定的的冲击力导轨表面的粗糙度及硬度 润滑状况和 导轨表面压强的大小 4 对温度变化的不敏感性 即导轨在温度变化的情况下仍能正常工作 导 轨的选材选用 45 号钢 表面要镀化学镍 5 足够的刚度 在载荷的作用下 导轨的变形不应超过允许值 当刚度不 足不仅会降低导向精度 还会加快导轨面的磨损 因此导轨的尺寸设计为长度 397mm 宽度为 4mm 材料为 45 钢 保证在硬币流通的载荷下保证足够的刚度 6 结构工艺性好 导轨的结构应力求简单 便于制造 检验和调整 从而 降低成本 该导轨的外形简单 为简单的矩形 本次设计的硬币清分机的 因此对于导轨的材质要求为 45 钢 此外导轨的 表面要足够光滑 所以导轨的装配面及两工作面镀好需要再次抛光处理 去除表 面的锐边及毛刺 因为导轨引导硬币的流通 所以经受一定的冲击力 所以固定的方式要求要 高 导轨表面加工 5 个沉头定位孔 以保证导轨的稳定性 苏州职业大学 9 五 转盘的加工设计五 转盘的加工设计 工艺设计工艺设计 盘类零件的数控加工工艺设计 最重要的是将有相互行位公差要求的加工面 安排在一道工序内 在一次装夹下完成加工 消除二次装夹误差 1 精加工 精加工 图 1 图 1 转盘 若用图 2 所示的立式多刀自动车床加工 加工工艺为 1 精车大平面 安排左 右其中一个刀架车平面 另一个刀架车内孔 170mm 28mm 2 再精车基准 A 面 安排左 右其中一个刀架车平面 另一个刀架车内孔 60mm 和外圆 75mm 苏州职业大学 10 图 2 立式多刀自动车床 该工艺受机床动作功能限制 75mm 孔与 28mm 孔不能在同一工序内完成 需正反两次装夹加工 由于重复定位误差及夹具制造误差的存在 很难稳定满足 产品两孔的同轴度要求 为满足产品设计要求 稳定控制产品质量 可采用如图 3 的数控车床加工 工艺设计上利用数控车床的自动换刀功能采用内孔背镗刀用程序控制从 A 面加 工 28mm 内孔 将 75mm 28mm 安排在同一道工序内加工完成 避免重复 定位误差及夹具制造误差对加工精度的影响 保证产品 0 03mm 的同轴度要求 苏州职业大学 11 图 3 立式数控车床 2 工装设计 工装设计 数控车床的主要装夹工具是卡盘 设计使用时应重点考虑卡盘的定心精度 避免工件夹紧变形和抬起现象 1 保证定心精度 保证定心精度 因为装盘的加工面与装夹面有较高的同轴度要求 卡盘的卡爪一般要在设备 本身 经过 自车 来保证定位面与主轴轴线同心度 自车 时应尽量模拟在加工状 态下自车 卡爪 自车 后的圆弧面直径应与工件的卡紧外圆直径尽量一致 另外 自车 反爪时 最好涨紧一个辅具 3 保证端面跳动精度 保证端面跳动精度 工件的轴向定位支撑可以通过调整或 自车 来保证定位点 共面 但是传统 结构的三爪卡盘 卡爪要在卡爪座内移动 必然要存在一定的滑动间隙 在夹紧 过程中 不可避免的会产生 工件 抬起 现象 当工件要求加工面与定位面之间有较严的跳动要求时 统结 构的三爪卡盘是很难保证装夹精度的 为保证内孔 外圆的同轴度要求必须将它 们安排在同一道工序内完成 大平面向上装夹 可是工件翻面加工 A 面时 苏州职业大学 12 要保证图示跳动要求 加工时必须保证工件的定位面紧贴卡盘的轴向定位面 若 采用传统结构的三爪盘装夹很难满足加工要求 因此 应采用带有 向下拉力 的 卡盘 工件夹紧时 有一个向下的分力将工件紧贴定位面 4 机床结构的选择方案 机床结构的选择方案 1 卧式 简易数控车床 如图 10 这种机床采用平床身的布局 机床的制 造工艺性好 便于导轨面的加工 水平床身配上水平放置的刀架 可提高刀架的 运动精度 但是水平床身由于下部空间小 故排屑困难 从结构尺寸上看 刀架 水平放置使滑板横向尺寸较长 从而加大了机床宽度方向的结构尺寸 该设备的 主要特点是具备两轴联动功能并且设备价格便宜 但是之所以称其为 简易数控 车床 是因为它的主轴不能无级调速 刀架装刀数量较少 快移速度慢 无自动 排屑机构 床身整体结构比数控卧式车床的刚性差 加工精度低 但是该设备经 过多年改进 技术成熟 运转稳定 加工精度可达 IT7 IT8 可用于零件的粗 加工 半精加工和简单的型面加工 图 10 卧式简易数控车床 2 卧式数控车床 如图 11 这类机床结构一般有斜床身结构和平床身斜 滑板结构两种布局 导轨倾斜的角度小 排屑不便 倾斜角度大 导轨的导向性 及受力情况差 其倾斜角度的大小还直接影响机床外形尺寸高度与宽度的比例 综合考虑以上因素 中小规格的数控车床 其床身的倾斜度以 60 为宜 其中平 床身斜滑板结构 苏州职业大学 13 图 11 卧式数控车床 一方面具有水平床身工艺性好的特点 另一方面机床又具有斜床身结构宽度 方向的尺寸小 排屑方便 机床占地面积小 外形美观 容易实现封闭式保护等 优点 这两种布局形式被中 小型数控车床所普遍采用 在选择时 整体斜床身 结构的刚性略高于平床身斜滑板结构 设备价格也略高一些 当存在重切削加工 内容时最好选用整体斜床身结构 卧式数控车床比较适宜轴类零件及直径较小 300mm 重量较轻 10kg 的盘类零件的加工 3 立式数控车床 与卧式数控车床最大的区别是主轴与水平方向垂直 适宜 直径较大 较重的盘类 轮毂类工件 工件装卸方便 定位可靠 便于组成加工 自动线 另外德国埃马克公司研制的倒置式数控车 是对传统结构的一种革新 它更有利于组成自动线 实现自动上下料 但是此类设备价格较高 一般轿车用 的盘类零件由于批量大 直径小比较适宜选用 考虑到转盘的精度要求较高 且批量小 直径小 但是本着降低生产成本的 目的 最终选定如图 11 的卧式数控车床 2 刀塔结构的选择 刀塔结构的选择 图 12 为立式刀塔 该结构刀具的安装数量较多 适宜加工工件高度不高盘类 零件 若加工类似轮毂这样需要镗深孔的工件 则适宜选择图 13 所示的卧式刀 塔 因为刀具悬深较长 选择立式刀塔 刀具的干涉半径较小 装刀的数量将受 到限制 为避免干涉 实际装刀数量将减少 苏州职业大学 14 图 12 立式刀塔 图 13 卧式刀塔 因为该盘的高度适中 镗孔深度一般 最终确定选用选用图 12 所示立式刀塔 六传感器的选用六传感器的选用 该机器选用的计数传感器为光感传感器 光电传感器是指能够将可见光转换 成某种电量的传感器 光敏二极管是最常见的光传感器 光敏二极管的外型与一 般二极管一样 只是它的管壳上开有一个嵌着玻璃的窗口 以便于光线射入 为 增加受光面积 PN 结的面积做得较大 光敏二极管工作在反向偏置的工作状态 下 并与负载电阻相串联 当无光照时 它与普通二极管一样 反向电流很小 A 称为光敏二极管的暗电流 当有光照时 载流子被激发 产生电子 空穴 称为光电载流子 在外电场的作用下 光电载流子参于导电 形成比暗电流大得 苏州职业大学 15 多的反向电流 该反向电流称为光电流 光电流的大小与光照强度成正比 于是 在负载电阻上就能得到随光照强度变化而变化的电信号 当一个硬币被挡币块挡 住 碰到传感器落下后 会将光信号传输给传感器 然后光感传感器再把光信号 转换为电信号 最终将计数的结果通过液晶数码管体现出来 即实现硬币的计数 七机架的设计七机架的设计 1 对于机架的工况要求 保证机架上安装的零部件能顺利运转 机架的外形或 内部结构不致有阻碍运动件通过的突起 设置执行某一工况所必需的平台 保证 上下料的要求 人工操作的方便及安全等 为此应保证机架钣金材料表面的平整 度 2 材料的选用 因为所设计的硬币清分机对于机架工作时承受的的重力 夹紧 力 摩擦力 惯性力和工作载荷等不是很高 因为装卸搬运方便 所以机架的重 量要轻 成本要低 因此该机器的机架选材为铝板 表面镀镍 3 联接固定方式 该机架的联接固定方式选用普通的螺栓联接方式 前后罩壳 均选用整体焊接件 拆装 调整方便 4 考虑到机器内部的机械转动 产生的热量比较大 故在底板开数个小孔 便 于机器热量的及时散发 见简图 5 机架的装配 1 用 M4X10 的十字槽盘头螺钉 弹垫 平垫 共 4 组 将四个机脚固定在底 盘上 图一 2 M5X10 的六角头螺栓 弹垫 平垫 共 9 组 将连接架固定在地盘上 图二 3 用 M5X10 的六角头螺栓 弹垫 平垫 共 5 组 将主靠板固定在连接架上 图 二 4 用 M5X10 的六角头螺栓 弹垫 平垫 共 3 组 将支撑架固定在连接架上 同时用 M5X12 十字槽沉头螺钉 锥形锯齿锁紧垫圈 共 6 组 将支撑架锁紧在 主靠板上 图二 苏州职业大学 16 苏州职业大学 17 结论 结论 本机采用根据硬币直径的大小对币值进行清分的方法 虽然不具备辩伪功 能 但可以对中国现行硬币快速准确按币值进行清分 主要特色是设计简便 清 分准确 使用可靠 维护简便 价格低廉等 而且系统具备扩展的潜能 可以满足将来硬币清分机发展的需求 笔者与苏 州日宝科技有限公司共同开发 应用此技术生产的硬币清分计数机 已成功地在 银行 公交公司等部门先行试用 大大提高了他们的工作效率 降低了成本费用 因此此产品具备较高的推广应用价值 其发展前景相当广阔 通过这次设计相信 将会对以后的进入工作都会起到重要的作用 苏州职业大学 18 毕业设计心得毕业设计心得 通过以上的设计 让我更加熟练的掌握了一般机械设计的步骤 通过查阅 各种文献资料也增长了各方面的知识 如刀具的设计和机架的设计 同时通过对 切割机的设计 也让自己深深体会到理论设计和实际需求之间曾在这一定的差 距 在设计中不仅要从绘图方面出发 还要考虑实际加工工艺 让自己的设计在 现实中是可行的 在设计中通过使用各种材料 也进一步加深了对各材料的了解和使用场合 在绘图中 在老师的指导和最后的修改中 也让自己加深了各种绘图中的技巧 并纠正了很多平时没有注意到的画法上的错误 在绘图过程中的反覆修改 也让 自己深深体会到在设计和绘图中必须要具有的严谨态度 在对机架的设计中 第一次用到了等边对角钢和槽钢以及热轧钢板 必须 通过焊接将他们连接起来组成机架 在绘图标注中 通过复习以前工程图学中的 焊接部分 让自己对焊接符号的标注有了更深的了解 在齿轮箱体的设计中 也 让自己对铸件有了一定的认识 加深了对铸造过程中应该注意问题的理解 总之 本次设计是收获颇丰的 不仅第一次比较全面地运用了所学的专业 知识 还学会了在设计中如何分析问题 解决问题 苏州职业大学 19 致谢致谢 经过半年的忙碌和工作 本次毕业设计已经接近尾声 作为一个专科生的 毕业设计 由于经验的匮乏 难免有许多考虑不周全的地方 如果没有老师的督 促 指导以及一起工作的同学们的支持 想要完成这个设计是难以想象的 在这里首先要感谢我的导师杨敦国老师 杨老师平日里工作繁多 但在我 做毕业设计的每个阶段 从外出实习到查阅资料 设计草案的确定和修改 中期 检查 后期详细设计 装配草图等整个过程中都给予了我悉心的指导 我的设计 较为复杂烦琐 但是杨老师仍然细心地纠正图纸中的错误 除了杨敦国老师的专 业水平外 他的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样 并将积极影 响我今后的学习和工作 其次要感谢和我一起作毕业设计的陈赞平同学邱果同学 大家一起努力 一起讨论合作 才使得毕业设计顺利的完成 然后还要感谢大学四年来所有的老师 为我们打下机械专业知识的基础 同时还要感谢所有的同学们 正是因为有了你们的支持和鼓励 此次毕业设计才 会如此顺利 最后感谢机电工程系和我的母校 苏州职业大学三年来对我的大力栽培 参考文献 1 徐庆 王章中 硬币 硬币材料 硬币流通 J 机械制造与研究 2000 5 30 31 2 V V Panasyuk B M Zaidel Eddy current sensor for measuring the length of a throughcrack propagating in a metal plate Materials Science Historical Archive Volume 10 Number 5 577 579 3 白建华 徐志江 一种实用的微机鉴别装置 J 电子技术 1997 5 27 29 4 朱国维 王国秀 图形液晶显示模块 MGLS 19264 在智能地震检波器中的应用 J 北京工业职业技术学院学报 2003 2 苏州职业大学 20 硬币分拣器硬币分拣器 学生姓名 学号 所属学院机械电气化工程学院 专业 班级 指导老师 日期 机械电气化工程学院制 14 届毕业设计 苏州职业大学 21 绪论 1 1 硬币清分机背景 银行等一些特殊部门要对大量的硬币进行高效的处理 如计数 分类 包装 等以使其再流通 无人售票车 投币电话等需要对硬币进行实时识别 自动售货 机除了识别之外 还要提供找零功能等 而且在目前在世界范围内 硬币以其成 本低 流通次数多 耐磨损 易回收等无可替代的优势将占领小面额货币市场是 大势所趋 市场需要一种成熟可靠的硬币自动处理机具 鉴于此需要 我们研制 用于处理上述问题的机具 硬币清分机是金融行业设备中的用于清点硬币的技术产品 它的主要功能是 硬币的计数和硬币币种的清分 目前主要适用于超市 公交 自动售货行业 零 售业等行业 硬币清分机外型简单大方 设备原理清晰 操作简单易懂 价格适 中 在超市 零售等行业颇受欢迎 硬币清分机的最大优点在于它不仅可以清点硬币的数目 更能将各币种清分 开来 并且面对不同的国家的硬币不需要调整软件 只需要调整机器的硬件设备 就可以满足不同的国家的硬币清点需求 因此不仅占据了很大的市场份额 而且 对于生产成本也有所降低 1 2 国内外硬币清分机发展现状 1 2 1 国外硬币清分发展现状 硬币清分机至今已有 30 年的历史 发展到今天 硬币清分机已具有可靠的 传动系统和先进的计数清分功能 其智能化的设计为解决硬币清点的困难提供了 完美的选择 国外著名厂家有日本的荣光 瑞典的 SCANCOIN AB 由于国外硬币清分机发展比较早 其技术也较为成熟 硬币清分机的传动系 统技术具有低噪声 传动平稳 性能可靠等优点 计数功能采用光敏传感器 有功能齐全 操作更简便等优点 采用数字显示屏 进行可视化设计 全面显示 硬币的数量等信息 1 2 2 国内硬币清分机发展现状 1 硬币清分机在我国的市场前景 随着我国国民经济持续稳定地增长 2008 年北京申奥成功和 WTO 的加入 从本世纪开始 我国进入了全面建设小康社会的 苏州职业大学 22 新阶段 创造美好生活环境是金融行业发展的巨大推动力 我国第五版人民币的 发行 辅币 10 元以下 硬币化已经成为一种趋势 硬币的投放量还将大幅度增加 1 由于硬币手工清分成本大 利润小 一般不复点且误差多 因此硬币流通 自动化成为迫切的社会需求 所以硬币清分机将会成为国内金融市场的一个主流 机器 2 硬币清分机国内生产 在国内 清华大学 北京科技大学 上海交通大 学 杭州电子科技大学 苏州大学 福州大学等多家单位均对如何进行正确的硬 币识别做过深入研究 在机理上普遍采用电涡流法 这些单位的研究在可能涉及 的硬币范围内取得了较好的效果 但对硬币的鉴别都局限于项目本身 存在不系 统 不完整 对伪币效果识别不好等问题 3 硬币清分机是对高速通过的硬币进行识别 计数 同时对伪币 残币进 行剔除的系统 它是分类机 计数机 包装机 销毁机等众多硬币处理器具的基 础 由于国情和货币体系不同 研制各国统一的硬币清分系统不现实 因此 需 要针对不同的货币体系研制相应的清分系统 在这个领域里 国外较早的开展了研究 并且做了大量的工作 开发的产品大致 也分为三个档次 低档 中档和高档 低档清分速度在 1000 枚 min 以下 中档 为 1000 1500 枚 min 左右 高档则在 1500 枚 min 以上 所使用的清分方法上 主要有两大类 一类是根据物理技术进行清分 另一类是根据性能指标进行清分 高速清分基本上都是采用性能指标来进行清分 综观来看 当今国内外硬币清分装置 或者设计原理简单 抗振动 抗电磁干扰 能力差 识别伪币能力差 要么制造复杂 价格昂贵 缺少实用价值 苏州职业大学 23 2确定方案 硬币清分机主要设计是从硬币的分离 计数等几个方面进行考虑 分离步骤 分离步骤 具体的分离步骤是这样的 首先混币通过传输装置 定时定量的 定时定量 的目的在于防止一次送进过多的硬币而导致分离盘负担过大 引起堵塞和分离不 流畅 传输一部分混币到图中所示的分离盘 起先我们分离的是币值为 1 分的硬 币 所以第一个传感器挡币块与导轨的距离设计的要比 1 分的硬币略大 比 其它币值的硬币直径都要小 以此为标准再经过实验产生的分离效果 我们确定 一个合适的直径 这样一来 1 分的硬币和其它币值的硬币就区分了出来 其工作原理如下 启动电动机 电动机带动分离盘 使得分离盘转动 则分 离盘中的硬币作离心运动 硬币被拨到导轨中 导轨上端对应 6 个传感器挡币块 挡币块与导轨的距离大小循序从上到下依次变大 然后根据硬币的尺寸由小到 大的循序对挡币块与导轨之间的距离进行调整 从而对不同直径的硬币进行分 离 其装置简图如图 1 所示 图 1图 1 24 3传动设计传动设计 3 1电动机的选型电动机的选型 考虑到设计的硬币清分机机适用对象为零售业 银行和个体商户户 故电动 机电压应选用 220V 再考虑到所受的载荷不大 所需动力不是很大 选用小功率的 电动机 综合各方面因素 选用 YL 系列电动机 YL 系列电动机是新型高效节能产品 具有体积小 容量大 起动及运转性能 优越等特点 符合国际标准 IEC 的有关规定 并实现同一机座号单 三相异步电动 机等级相同 提高了单 三相电动机的互换性和通用性 被广泛应用于冷冻机 泵 风机 小型机床以及农副业和家用电器等方面 电动机的主要参数 电动机的主要参数 型号 YL801 4 电压 220V 功率 0 55KW 同步转速 1500r min 频率 50HZ 效率 68 功率因数 0 92 外形尺寸 295 165 200 电动机的安装方式电动机的安装方式 选择 IBM3 型 25 3 2V 带传动的设计 电动机 V 带轮的设计 主轴 V 带轮的设计 一一 V 带轮的设计要求带轮的设计要求 设计 V 带轮时应满足的要求有 质量小 结构工艺性好 无过大的铸造内 应力 质量分布均匀 转速高时要经过动平衡 轮槽工作面要经过精细加工 表 面粗糙度一般应为 3 2 以减带的磨损 各槽的尺寸和角度应保持一定的精度 以使载荷分布较为均匀等 二 带轮的材料带轮的材料 此处带轮的材料 采用铸铁 材料牌号为 HT200 三 V 带轮的结构带轮的结构 铸铁制 V 带轮的典型结构有以下几种形式 实心式 腹板式 孔板式 椭圆轮辐式 当带轮的基准直径 d d 2 5d d 为轴的直径 单位为 mm 时 可采用实心式 dd 300mm 时 可采用腹板式 当 21 dD 100mm 时 可采用孔板式 dd 300mm 时 可采用轮辐式 四 相关计算相关计算 已知电动机的额定功率为 0 55KW 转速 n1 1500r min 选取传动比为 i 3 9 采用普通 V 带传动 1 确定计算功率 Pca 由参考资料 1 表 8 6 查得工作情况系数 KA 1 1 故 Pca KA P 1 1 0 55 0 605KW 2 选取带型 根据 Pca n 由参考资料 1 图 8 9 确定选用 Z 型 3 确定带轮基准直径 由 1 表 8 3 和表 8 7 取主动轮基准直径 d 1d 71mm 则从动轮基准直径 d 2d i d 1d 3 9 71 276 9mm 根据参考资料 1 表 8 7 取 d 2d 280mm 按参考资料 1 式 8 13 验算带的速度 26 V 100060 11 ndd 100060 150071 m s 5 57 35m s 带的速度合适 4 确定 V 带的基准长度和传动中心距 根据 0 7 dd1 dd2 a0 2 dd1 dd2 即 245 7 a0 702 全套设计 36396305 27 图 3 30 导轨的几何角度 1 导轨在垂直平面和水平面内的直线度如图 3 30a b 所示 理想的 导轨面与垂直平面 A A 或水平面 B B 的交线均应为一条理想直线 但由于存在 制造误差 致使交线的实际轮廓偏离理想直线 其最大偏差量 即为导轨全长 在垂直平面 图 3 30a 和水平面 图 3 30b 内的直线度误差 2 导轨面间的平行度图 3 30c 所示为导轨面间的平行度误差 设 V 形 导轨没有误差 平面导轨纵向有倾斜 由此产生的误差 即为导轨间的平行度 误差 导轨间的平行度误差一般以角度值表示 这项误差会使运动件运动时发 生 扭曲 2 运动轻便 平稳 低速时无爬行现象 导轨运动的不平稳性主要表现在 低速运动时导轨速度的不均匀 使运动件出现时快时慢 时动时停的爬行现象 爬行现象主要取决于导轨副中摩擦力的大小及其稳定性 为此 设计时应合理 选择导轨的类型 材料 配合间隙 配合表面的几何形状精度及润滑方式 3 耐磨性好 导轨的初始精度由制造保证 而导轨在使用过程中的精度保 持性则与导轨面的耐磨性密切相关 该导轨的主要作用是引导硬币流出 所受 摩擦力主要是来自于硬币 硬币与导轨之间要不断的重复摩擦 所以导轨需要 耐磨性很好 而且导轨受到一定的的冲击力导轨表面的粗糙度及硬度 润滑状 况和导轨表面压强的大小 4 对温度变化的不敏感性 即导轨在温度变化的情况下仍能正常工作 导 轨的选材选用 45 号钢 表面要镀化学镍 5 足够的刚度 在载荷的作用下 导轨的变形不应超过允许值 当刚度不 足不仅会降低导向精度 还会加快导轨面的磨损 因此导轨的尺寸设计为长度 397mm 宽度为 4mm 材料为 45 钢 保证在硬币流通的载荷下保证足够的刚度 6 结构工艺性好 导轨的结构应力求简单 便于制造 检验和调整 从而 降低成本 该导轨的外形简单 为简单的矩形 本次设计的硬币清分机的 因此对于导轨的材质要求为 45 钢 此外导轨 的表面要足够光滑 所以导轨的装配面及两工作面镀好需要再次抛光处理 去 除表面的锐边及毛刺 因为导轨引导硬币的流通 所以经受一定的冲击力 所以固定的方式要求 要高 导轨表面加工 5 个沉头定位孔 以保证导轨的稳定性 28 五 转盘的加工设计五 转盘的加工设计 工艺设计工艺设计 盘类零件的数控加工工艺设计 最重要的是将有相互行位公差要求的加工面 安排在一道工序内 在一次装夹下完成加工 消除二次装夹误差 1 精加工 精加工 图 1 图 1 转盘 若用图 2 所示的立式多刀自动车床加工 加工工艺为 1 精车大平面 安排左 右其中一个刀架车平面 另一个刀架车内孔 170mm 28mm 2 再精车基准 A 面 安排左 右其中一个刀架车平面 另一个刀架车内 孔 60mm 和外圆 75mm 29 图 2 立式多刀自动车床 该工艺受机床动作功能限制 75mm 孔与 28mm 孔不能在同一工序内完成 需正反两次装夹加工 由于重复定位误差及夹具制造误差的存在 很难稳定满 足产品两孔的同轴度要求 为满足产品设计要求 稳定控制产品质量 可采用如图 3 的数控车床加工 工艺设计上利用数控车床的自动换刀功能采用内孔背镗刀用程序控制从 A 面加 工 28mm 内孔 将 75mm 28mm 安排在同一道工序内加工完成 避免重 复定位误差及夹具制造误差对加工精度的影响 保证产品 0 03mm 的同轴度要 求 30 图 3 立式数控车床 2 工装设计 工装设计 数控车床的主要装夹工具是卡盘 设计使用时应重点考虑卡盘的定心精度 避免工件夹紧变形和抬起现象 1 保证定心精度 保证定心精度 因为装盘的加工面与装夹面有较高的同轴度要求 卡盘的卡爪一般要在设 备本身 经过 自车 来保证定位面与主轴轴线同心度 自车 时应尽量模拟在加 工状态下自车 卡爪 自车 后的圆弧面直径应与工件的卡紧外圆直径尽量一致 另外 自车 反爪时 最好涨紧一个辅具 3 保证端面跳动精度 保证端面跳动精度 工件的轴向定位支撑可以通过调整或 自车 来保证定位点 共面 但是传统 结构的三爪卡盘 卡爪要在卡爪座内移动 必然要存在一定的滑动间隙 在夹 紧过程中 不可避免的会产生 工件 抬起 现象 当工件要求加工面与定位面之间有较严的跳动要求时 统 结构的三爪卡盘是很难保证装夹精度的 为保证内孔 外圆的同轴度要求必须 将它们安排在同一道工序内完成 大平面向上装夹 可是工件翻面加工 A 面 31 时 要保证图示跳动要求 加工时必须保证工件的定位面紧贴卡盘的轴向定位 面 若采用传统结构的三爪盘装夹很难满足加工要求 因此 应采用带有 向下 拉力 的卡盘 工件夹紧时 有一个向下的分力将工件紧贴定位面 4 机床结构的选择方案 机床结构的选择方案 1 卧式 简易数控车床 如图 10 这种机床采用平床身的布局 机床的 制造工艺性好 便于导轨面的加工 水平床身配上水平放置的刀架 可提高刀 架的运动精度 但是水平床身由于下部空间小 故排屑困难 从结构尺寸上看 刀架水平放置使滑板横向尺寸较长 从而加大了机床宽度方向的结构尺寸 该 设备的主要特点是具备两轴联动功能并且设备价格便宜 但是之所以称其为 简 易数控车床 是因为它的主轴不能无级调速 刀架装刀数量较少 快移速度慢 无自动排屑机构 床身整体结构比数控卧式车床的刚性差 加工精度低 但是 该设备经过多年改进 技术成熟 运转稳定 加工精度可达 IT7 IT8 可用于 零件的粗加工 半精加工和简单的型面加工 图 10 卧式简易数控车床 2 卧式数控车床 如图 11 这类机床结构一般有斜床身结构和平床身斜 滑板结构两种布局 导轨倾斜的角度小 排屑不便 倾斜角度大 导轨的导向 性及受力情况差 其倾斜角度的大小还直接影响机床外形尺寸高度与宽度的比 例 综合考虑以上因素 中小规格的数控车床 其床身的倾斜度以 60 为宜 其中平床身斜滑板结构 32 图 11 卧式数控车床 一方面具有水平床身工艺性好的特点 另一方面机床又具有斜床身结构宽度 方向的尺寸小 排屑方便 机床占地面积小 外形美观 容易实现封闭式保护 等优点 这两种布局形式被中 小型数控车床所普遍采用 在选择时 整体斜 床身结构的刚性略高于平床身斜滑板结构 设备价格也略高一些 当存在重切 削加工内容时最好选用整体斜床身结构 卧式数控车床比较适宜轴类零件及直 径较小 300mm 重量较轻 10kg 的盘类零件的加工 3 立式数控车床 与卧式数控车床最大的区别是主轴与水平方向垂直 适 宜直径较大 较重的盘类 轮毂类工件 工件装卸方便 定位可靠 便于组成 加工自动线 另外德国埃马克公司研制的倒置式数控车 是对传统结构的一种 革新 它更有利于组成自动线 实现自动上下料 但是此类设备价格较高 一 般轿车用的盘类零件由于批量大 直径小比较适宜选用 考虑到转盘的精度要求较高 且批量小 直径小 但是本着降低生产成本的 目的 最终选定如图 11 的卧式数控车床 2 刀塔结构的选择 刀塔结构的选择 图 12 为立式刀塔 该结构刀具的安装数量较多 适宜加工工件高度不高盘 类零件 若加工类似轮毂这样需要镗深孔的工件 则适宜选择图 13 所示的卧式 刀塔 因为刀具悬深较长 选择立式刀塔 刀具的干涉半径较小 装刀的数量 将受到限制 为避免干涉 实际装刀数量将减少 33 图 12 立式刀塔 图 13 卧式刀塔 因为该盘的高度适中 镗孔深度一般 最终确定选用选用图 12 所示立式刀塔 六传感器的选用六传感器的选用 该机器选用的计数传感器为光感传感器 光电传感器是指能够将可见光转 换成某种电量的传感器 光敏二极管是最常见的光传感器 光敏二极管的外型 与一般二极管一样 只是它的管壳上开有一个嵌着玻璃的窗口 以便于光线射 入 为增加受光面积 PN 结的面积做得较大 光敏二极管工作在反向偏置的 工作状态下 并与负载电阻相串联 当无光照时 它与普通二极管一样 反向 电流很小 A 称为光敏二极管的暗电流 当有光照时 载流子被激发 产生电子 空穴 称为光电载流子 在外电场的作用下 光电载流子参于导电 34 形成比暗电流大得多的反向电流 该反向电流称为光电流 光电流的大小与光 照强度成正比 于是在负载电阻上就能得到随光照强度变化而变化的电信号 当一个硬币被挡币块挡住 碰到传感器落下后 会将光信号传输给传感器 然 后光感传感器再把光信号转换为电信号 最终将计数的结果通过液晶数码管体 现出来 即实现硬币的计数 七机架的设计七机架的设计 1 对于机架的工况要求 保证机架上安装的零部件能顺利运转 机架的外形或 内部结构不致有阻碍运动件通过的突起 设置执行某一工况所必需的平台 保 证上下料的要求 人工操作的方便及安全等 为此应保证机架钣金材料表面的 平整度 2 材料的选用 因为所设计的硬币清分机对于机架工作时承受的的重力 夹紧 力 摩擦力 惯性力和工作载荷等不是很高 因为装卸搬运方便 所以机架的 重量要轻 成本要低 因此该机器的机架选材为铝板 表面镀镍 3 联接固定方式 该机架的联接固定方式选用普通的螺栓联接方式 前后罩壳 均选用整体焊接件 拆装 调整方便 4 考虑到机器内部的机械转动 产生的热量比较大 故在底板开数个小孔 便 于机器热量的及时散发 见简图 5 机架的