全自动硬币清点捆扎机设计【硬币清分打包包装】【硬币分拣机-分选机设计】【5张CAD图纸+PDF图】
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题 目： 全自动硬币清点捆扎 姓 名： 学 号： 系 别： 专 业： 年 级： 指导教师： 年 月 日摘要本篇毕业设计的论文主要阐述的是全自动硬币清点捆扎机的设计。全自动硬币清点捆扎机的特点是可以实现不同大小个数的硬币定量的进行清分捆扎。大面值货币电子化、小面值货币硬币化是世界各国货币发行的趋势。在银行自动售货机、公交车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。本文首先对全自动硬币清点捆扎机要有整体的构思，通过各种途径了解全自动硬币清点捆扎机的发展从硬币的放入，分类，计数，再到捆扎构思出需要用到的机构和原理，确定系统总体方案、电机功率及转速；其次就是方案的实现，确定零部件的参数，绘制件图；最后整理资料，撰写设计说明。关键词：捆轧机、滑道、光敏传感器、膜片目录1绪论51.1研究全自动硬币清点捆扎机的目的和意义51.2全自动硬币清点捆扎机国内外发展概述51.3本课题的主要研究内容51.4研究思路、方法和步骤61.5全自动硬币清点捆扎机的工作原理及作用62方案确定62.1电源72.2总体参数72.3振动料斗72.3.1驱动机构72.4分离步骤82.5计数步骤82.6电路设计82.7总体方案图绘制93全自动硬币清点捆扎机设计计算93.1总体尺寸要求93.2振动料斗设计93.3传动设计93.3.1电动机的选型93.3.2电机转速103.3.3电机功率113.3.4电机材料113.3.5电动机的选择113.3.6皮带轮的设计要求123.3.7带轮的材料123.3.8皮带轮的结构123.3.9皮带轮相关计算133.3.10带轮的结构设计153.3.11皮带轮的结构参数163.3.12锥齿轮的设计173.4导轨的设计203.4.1直线运动导轨的概述203.4.2硬币导轨的设计要求213.5转盘的加工设计223.6传感器的选用273.7自动捆轧机设计283.7.1定位机械手设计283.7.2定位机械手电机323.7.3定位机械手丝杠设计353.7.4送纸及包卷功能设计413.8机架的设计424环保性与经济性分析434.1节能环保性分析434.2经济性分析434.3结束语435参考文献461 绪论1.1 研究全自动硬币清点捆扎机的目的和意义大面值货币电子化、小面值货币硬币化是世界各国货币发行的趋势。在银行自动售货机、公交车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。研究本课题可以极大的方便我们的生活，提高工作效率，全自动硬币清点捆扎机能够对大量的硬币进行高速计数和捆扎,并且还具有一定的清分功能,是一种实用高效的产品。1.2 全自动硬币清点捆扎机国内外发展概述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。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。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。综合来看，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。 1.3 本课题的主要研究内容本课题主要研究的内容是：1、全自动硬币清点捆扎机采用物理技术进行清分，设计原理简单，能对国内新版硬币进行快速清分，但不具备辩伪功能。2、该机器可以实现对硬币个数定量的进行清分捆扎。3、机器可以将硬币的清分和捆扎一次性完成，省略中途人为操作的麻烦。1.4 研究思路、方法和步骤（一）、首先要对全自动硬币清点捆扎机要有整体的构思，通过各种途径了解全自动硬币清点捆扎机的发展从硬币的放入，分类，计数，再到捆扎构思出需要用到的机构和原理。（二）、因为一次性可能需要放入大量的混杂的硬币，所以设计成振动料斗，在振动料斗的作用下使硬币在进入滑道前排列定向依次进入滑道，在滑道上开有小槽，使不和规格的硬币落入下面的槽中。（三）、该机器采用光敏传感器作为基本传感器进行硬币的计数，在硬币进槽的途中放置光电三极管作为检测元件。当硬币通过时，接收端会收到光信号，并且通过LED数码显示管将计数结果显示出来。（四)、最后的捆扎采用的是塑料薄膜对已经分好的成堆硬币进行缠绕，然后通过热封薄膜的作用进行固定。1.5 全自动硬币清点捆扎机的工作原理及作用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。2 方案确定该全自动硬币清点捆扎机的坐标形式是球坐标式，其臂部的运动由一个直线运动和两个转动组成，即沿X轴的伸缩，绕Y轴的俯仰和绕Z轴的回转。这种机械手臂部的俯仰运动能抓取到地面上的物件，为了使手部能够适应被抓取对象方位的要求，常常设有手腕上下摆动，使其手部保持水平位置或其它状态。这种形式的机械手具有动作灵活，占地面积小而工作范围大等特点，它适用于沿伸缩方向向外作业的传动形式。但结构较复杂，此外，臂部摆角的误差通过手臂会引起手部中心处的误差放大。2.1 电源电源是向电子设备提供功率的装置，也称电源供应器，它提供所有部件所需要的电能。电源功率的大小，电流和电压是否稳定，将直接影响电机、控制元件和电脑等的工作性能和使用寿命。电源涉及到电压和频率，各国的标准不一样，电频率欧洲为60Hz，中国为50Hz；电压的选取则要根据实际情况的需要，主要是电缆能承受的范围内选取，一般情况下，功率不大，都选取AC220V作为动力电源，根据机构的特点，本篇中全自动硬币清点捆扎机的电机采用常用的3相交流电压AC220V，50Hz的电制。2.2 总体参数全自动硬币清点捆扎机有几大部件：1、电机，2、振动料斗，3、滑轨，4、捆轧机，5、皮带系统，本篇；论文的全自动硬币清点捆扎机有如下参数：电机型号YL55-4电制220V/50Hz电机功率55W电机转速150rpm驱动方式电驱动控制方式PLC控制重量5kg2.3 振动料斗2.3.1 驱动机构驱动机构由电机带动转轴，在料斗中进行旋转搅动，这样就实现料斗的硬币在驱动轮的作用下，不至于在料斗中卡死，从而实现了振动料斗的作用。2.4 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2.5 计数步骤本系统采取的是利用光敏传感器作为基本传感器进行硬币的计数。计数装置是用光电三极管作为检测元件。 当硬币陆续通过导轨所指位置时，接收端会收到光信号，通过一个就会收到一个光信号，通过N个就会收到N个光信号，同时在其输出端输出N个电脉冲信号。采用一单片机对输出的电脉冲信号的下降沿进行计数，并且通过LED数码显示管将计数结果显示出来。2.6 电路设计为了满足上述系统的正常工作，我们可以采用可编程控制器进行设计，也可以采用单片机自行开发印制电路板。前者开发周期短，抗干扰能力强，但作为批量生产，其价格昂贵，保密性不好，他人易于模仿。后者开发时须投入一些人力物力，对于只有开关量输入、输出的控制系统，干扰比较容易解决，只要电路板布线合理一些、整线布线注意一下就可以了。所以，本机的采用的硬件电路设计如图。2.7 总体方案图绘制出总装图后描述！3 全自动硬币清点捆扎机设计计算全自动硬币清点捆扎机的计算主要分为V型皮带传动计算、锥齿轮计算、导轨的设计、转盘的加工设计、传感器的选用等等，下面我们就一一来进行设计计算。3.1 总体尺寸要求电机型号YL55-4电制220V/50Hz电机功率55W电机转速150rpm驱动方式电驱动控制方式PLC控制重量5kg具体结构尺寸见图纸。3.2 振动料斗设计出图后描述！3.3 传动设计3.3.1 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.电机的基本参数主要就是电机的功率及转速，这是电机的核心参数，下面将对电机的功率按照电机的使用的21.5%来计算电机的功率，使用系数为21.5%，即使用转速则根据电机自身的特性来选取，具体计算如下。异步电机是一种交流电机，其负载时的转速与所接电网的频率之比不是恒定关系。还随着负载的大小发生变化。负载转矩越大，转子的转速越低。异步电机包括感应电机、双馈异步电机和交流换向器电机。感应电机应用最广，在不致引起误解或混淆的情况下，一般可称感应电机为异步电机。 普通异步电机的定子绕组接交流电网，转子绕组不需与其他电源连接。因此，它具有结构简单，制造、使用和维护方便，运行可靠以及质量较小，成本较低等优点。异步电机有较高的运行效率和较好的工作特性，从空载到满载范围内接近恒速运行，能满足大多数工农业生产机械的传动要求。异步电机还便于派生成各种防护型式，以适应不同环境条件的需要。异步电机运行时，必须从电网吸取无功励磁功率，使电网的功率因数变坏。因此，对驱动球磨机、压缩机等大功率、低转速的机械设备，常采用同步电机。由于异步电机的转速与其旋转磁场转速有一定的转差关系，其调速性能较差(交流换向器电动机除外)。对要求较宽广和平滑调速范围的交通运输机械、轧机、大型机床、印染及造纸机械等，采用直流电机较经济、方便。但随着大功率电子器件及交流调速系统的发展，目前适用于宽调速的异步电机的调速性能及经济性已可与直流电机的相媲美。3.3.2 电机转速电机的转速会影响到电机的产生的噪音的大小，同时也会伴随震动，转速过快其寿命也将缩短，但是转速过慢，电机的极数又会增多，价格又会上涨，所以应该根据实际的需要来选取电机的。选取电机转速为150rpm。电机的极数反映出电动机的同步转速，2极同步转速是300r/min，4极同步转速是150r/min，6极同步转速是100r/min,8极同步转速是750r/min。绕组的一来一去才能组成回路，也就是磁极对数，是成对出现的，极就是磁极的意思，这些绕组当通过电流时会产生磁场，相应的就会有磁极。 三相交流电机每组线圈都会产生N、S磁极，每个电机每相含有的磁极个数就是极数。由于磁极是成对出现的，所以电机有2、4、6、8极之分。本篇的电机采用4级。3.3.3 电机功率全自动硬币清点捆扎机全自动硬币清点捆扎机的电机功率如下：P=F.V；P全自动硬币清点捆扎机电机功率,kW；F 提供的动力,N；V提供的速度；已知，N=100N，V=0.55m/s，所以计算出P=0.055kW，取P=0.055kW。n=150rpm。3.3.4 电机材料电机的材料主要指电机的外壳材料，由于电机所处的环境干燥，所以电机材料可以使用铸铁，同时其防护等级只需取B级即可满足本片中全自动硬币清点捆扎机的要求。3.3.5 电动机的选择由于运输机的功率P=55w，可知电动机的功率为PP。又根据其工作条件，选用三相笼型异步电动机，封闭式结构，额定电压为220V，Y型。选用YL25-4，其额定功率为P=55w，额定转速为n1=150 r/min电动机外形安装尺寸如下表， 型号尺 寸 （mm）HABCDEGKbb1b2hAABBHAL1Y132M405040252040206606040602040865 电动机的主要参数：型号:YL801-4电压:220V功率:0.055KW同步转速:150r/min频率:50HZ效率:68%功率因数:0.92外形尺寸:654040电动机的安装方式：选择IBM3型3.3.6 皮带轮的设计要求 电动机皮带轮的设计 主轴皮带轮的设计设计皮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。3.3.7 带轮的材料 此处带轮的材料，采用铸铁，材料牌号为HT200。3.3.8 皮带轮的结构铸铁制皮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2.5d(d为轴的直径，单位为mm)时，可采用实心式； 300mm时，可采用腹板式（当100mm时，可采用孔板式）；300mm时，可采用轮辐式。3.3.9 皮带轮相关计算已知电动机的额定功率为0.025KW,转速n1=1500r/min,选取传动比为i=3.9,采用普通皮带传动.1.确定计算功率P由参考资料1表8-6查得工作情况系数 KA=1.1,故P=KAP=1.10.55=0.0605KW2.选取带型根据P，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=71mm则从动轮基准直径 d=i d=3.971=276.9mm根据参考资料1表8-7 取d=280mm按参考资料1式(8-13)验算带的速度 V=m/s=5.5735m/s带的速度合适4.确定皮带的基准长度和传动中心距根据 0.7(dd1+dd2)a2(dd1+dd2), 即245.7 a120主轮上的包角合适6.计算皮带的根数Z由参考资料1式(8-22)知由n1=1500r/min, dd1=71mm, i=3.9 查由参考文献1表8-5a和参考文献1表8-5b,得P=0.31kw, P=0.003kw查参考资料1表8-8,得K=0.92查参考资料1表8-2,得K=1.14 则=1.697 取z=2式(8-22)中 K包角系数 K长度系数 P单根皮带的基本额定功率 P计入传动比的影响时,单根皮带额定功率的增量7.计算预紧力F由参考资料1式(8-23)知 F=查参考资料1表8-4, 得q=0.06kg/m,故 F=49.687584N8.计算作用在轴上的压轴力F由参考资料1式(8-24), 得F=192.3N3.3.10 带轮的结构设计带轮的结构设计，主要是根据带轮的基准直径选择结构形式，根据带的截型确定轮槽尺寸，参考文献1表（8-10），带轮的其它结构尺寸可参照参考文献1图（8-12）所列经验公式计算，确定了带轮的各部分尺寸后，即可绘制出零件图，并按工艺要求注出相应的技术条件等。 由以上的计算可知：电动机的皮带轮选实心式；主轴皮带轮选腹板式。3.3.11 皮带轮的结构参数 图 3-1 皮带轮的轮槽尺寸皮带轮的结构参数如表3-1 表 3-1注：电动机皮带轮L=(1.52)d, B1.5d时，L=B，此处L=28=(1.82)d, d为轴的直径，此处=2d 主轴皮带轮L=（1.52）d, 当B1.5d时，L=B,此处L=28=B 此处=B=73.3.12 锥齿轮的设计选用直齿锥形齿轮,取锥齿轮传动效率=0.95,小锥齿轮传动功率为P=0.05225,转速n=384.6r/min.传动比i=2.一、选择齿轮材料 小齿轮用45调质,齿面硬度200-230HBS 大齿轮用45调质,齿面硬度170-200HBS 根据齿面硬度中值,按参考资料2图17-1中MQ线查得 小齿轮=565MPa 大齿轮=545MPa二、选定齿轮精度等级 根据工作情况,选用8级精度三、按接触疲劳强度设计小齿轮分度直径 小齿轮传递的转矩TT=9550P/n=95500.5225/384.6=12.97Nm齿数比u=i=2配对材料系数C 查参考资料2表17-18,得C=1载荷系数 根据载荷情况,齿轮精度和齿轮结构位置取K=1.5 (5)许用应力 =0.9=0.9565=509MPa =0.9=0.9545=491MPa 取小值,所以=491MPa（6）计算小齿轮分度圆直径d =52mm四、计算主要尺寸与参数(1)选定小齿轮齿数z 由参考资料2图17-18,并根据小齿轮直径,齿面硬度选定z=20,则z= zu=40(2)确定模数m =52/20=2.6mm 取标准值m=2.5mm(3)计算分度圆直径, =m z=50mm =m z=100mm(4)计算分锥角, =arc tan(z/ z)=arc tan(20/40)=26.565 =90-=63.435计算锥距R R=55.9mm计算轮齿宽度b 取=0.33b=R=55.9=18.447mm 取b=20mm计算齿顶圆直径, =12.5=2.5mm =54.59mm =102.2mm计算平均圆周速度 =41.75mm =0.84m/s锥齿轮传动参数见表3-2 表 3-2 参数代号参数值小齿轮大齿轮齿形角2020大端面模数m2.52.5传动比i22齿数z2040分锥角26.56563.435分度圆直径d50100锥距R55.955.9齿宽系数0.330.33齿宽b2020齿顶高2.52.5齿高h5.55.5齿根高33齿顶圆直径54.5102.2齿根角3.073.07齿顶角3.073.07顶锥角29.63566.505根锥角23.49560.365安装距A7253外锥角高48.8822.76五 、小锥齿轮零件图如下3.4 导轨的设计3.4.1 直线运动导轨的概述直线运动导轨的作用是用来支承和引导运动部件按给定的方向作往复直线运动。导轨可以是一个专门的零件，也可以是一个零件上起导向作用的部分。滑动摩擦导轨的运动件与承导件直接接触。其优点是结构简单、接触刚度大；缺点是摩擦阻力大、磨损快、低速运动时易产生爬行现象。按照机械运动学原理，一个刚体在空间有六个自由度，即沿x、y、z轴移动和绕它们转动（图）。对于直线运动导轨，必须限制运动件的五个自由度，仅保留沿一个方向移动的自由度。导轨的导向面有棱柱面和圆柱面两种基本型式。 图 导轨的导向原理 以棱柱面相接触的零件只有沿一个方向移动的自由度，如图3-29b、c、d所示的棱柱面导轨，运动件只能沿x方向移动。棱柱面由几个平面组成，但从便于制造、装配和检验出发，平面的数目应尽量少，图中的棱柱面导轨由两个窄长导向平面组成。限制运动件自由度的面，可以集中在一根导轨上，但为提高导轨的承载能力和抵抗倾复力矩的能力，绝大多数情况是采用两根导轨。以圆柱面相配合的两个零件，有绕圆柱面轴线转动及沿此轴线移动的两个自由度，在限制转动这一自由度后，则只有沿其轴线方向移动的自由度（图）。3.4.2 硬币导轨的设计要求 一、导轨的基本要求1、导向精度高。导向精度是指运动件按给定方向作直线运动的准确程度，它主要取决于导轨本身的几何精度及导轨配合间隙。导轨的几何精度可用线值或角值表示。 图 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。3.5 转盘的加工设计工艺设计 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（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）。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。图 立式数控车床 2、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，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： (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IT7IT8，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。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 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。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。3.6 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。3.7 自动捆轧机设计硬币经过振动送料机的两次分选后经过滑道直接滑入装币筒中。滑道上要安装光电记数装置和电磁铁隔板防满装置，光电记数装置是用来控制硬币滑入币筒的数量，每次记数为50枚。电磁铁隔板的作用是防满，每次滑入币筒的硬币如果满了，电磁铁隔板就挡在滑道上，使硬币不再滑入币筒。3.7.1 定位机械手设计手部手部是用来直接抓取或握紧（或吸附）工件的部件。由于被抓握工件的形状、尺寸大小、轻重和材料的性能、表面状况等不同，工业机械手的手部结构是多种多样的，大部分的手部结构都是根据工件的要求而设计的。常用的手部结构有夹钳式、气吸式、电磁式以及其他形式。夹钳式手部设计的基本要求：应具有适当的夹紧力和驱动力；手指应应具有一定的开闭范围、应保证工件在手指内的夹紧精度；要求结构紧凑、重量轻、效率高；应考虑通用性和特殊要求。臂部及机身臂部是机械手的主要执行部件。作用是支承腕部和手部（包括工件与工具）。并带动他们作空间运动。臂部运动的目的是把手部送到空间运动范围内的任意一点。如果改变手部的姿态则由腕部的自由度实现。因而机械手的臂部一般具有三个自由度才能满足基本要求：即手部的伸缩 左右回转和升降（或俯仰）运动。机身是直接支承和传动手臂的部件。一般实现臂部的升降 回转和俯仰等运动的驱动装置或传动件都安装在机身上，或者直接构成机身的躯干与底座相连。因而其设计与臂部的设计经常一起考虑。机身可以是固定的，也可以是行走的，即可以沿地面或架空轨道运动。臂部设计的基本要求为：a承载能力大，刚度好，自重轻；运动速度高，惯性小；臂部运动应灵活；位置精度要高。除上面提到的要求外，还要保证机械手的通用性要好，能适应在不同环境作业的要求：工艺性要好，便于安装和加工;用于高温环境作业的机械手，还要考虑隔热和冷却；用于粉尘大作业区的机械手，还要设置防尘装置等。这方面的设计需要根据机械手工作环境条件进行具体的设计。综上所述，本机械手的设计，臂部选用双导向杆伸缩结构。其特点为手臂的伸缩缸安装在两根导向杆之间，由导向杆承受弯曲作用，活塞杆只受拉压作用，受力简单，传动平稳，外形整齐美观，结构紧凑。臂部是机械手的主要执行。它的作用是支撑腕部和手部（包括工件或工具），并带动它们作空间运动。手臂运动应该包括3个运动：。臂部运动的目的是把手部送到空间运动范围内的任意一点。如果改变手部的姿态(方位)则由腕部的自由度实现。因而机械手的臂部一般具有三个自由度才能满足基本要求:即手部的伸缩 回转和俯仰运动。臂部的各种运动通常用驱动机构(油缸或气缸)和各种传动机构来实现，从臂部的受力情况看，他在工作中既直接承受腕部 手部和工件的静 动载荷，而且自身运动又较多，因而它的结构 工作范围 灵活性以及抓重大小和定位精度等都直接影响机械手的工作性能。(1)臂部应承载能力大、刚度好、自重轻根据受力情况，合理选择截面形状和轮廓尺寸。提高支撑刚度和合理选择支撑间的距离。合理布置作用力的位置和方向。尽可能使结构简单化水平放置的手臂，应该增加导向杆的刚度提高活塞和缸体内径配合精度，以提高手臂伸缩时的刚度。(2)臂部要运动速度高，惯性小。 机械手手部的运动速度是机械手的主要参数之一，它反映机械手的生产水平。对于高速度运动的机械手，其最大移动速度设计在,最大回转角速度设计在内，在大部分行程上平均移动速度为回转角速度在。平均回转速度为在速度和回转角速度一定的情况下，减小自身重量是减小惯性的最有效，最直接的办法，因此，机械手臂部要尽可能的轻。减少惯性冲击的措施有： 减少臂部运动件的重量，采用铝合金等轻质高强度材料减少臂部运动件的轮廓尺寸减少回转半径，在安排机械手运动顺序时，先缩回回转(或先回转后伸)，尽可能在较小的前伸位置下进行回转动作驱动系统中设有缓冲装置。(3)臂部动作应灵活。为减少臂部运动件之间的摩擦阻力，尽可能用滚动摩擦代替滑动摩擦。对于悬臂式机械手，其传动件、导向件和定位件布置应合理，使臂部运动尽可能保持平衡，以减少对升降支撑轴线的偏心力矩，特别要防止发生机构卡死（自锁现象）。为此，必须计算使之满足不自锁的条件。(4)位置精度要高。通常先进行粗略的估算，或类比同类型的结构，根据运动参数初步确定有关机构的主要尺寸，再进行校核计算，修正设计。如此反复数次，绘出最终的结构。根据液压缸运动时所克服的负载、摩擦、惯性等几个方面的阻力，来确定液压缸所需要的驱动力。液压缸活塞的驱动力的计算为 式中 摩擦阻力（N）.臂部运动时，运动件表面间的摩擦力。 密封装置处的摩擦阻力（N） 油缸回油腔低压油造成的阻力，一般背压阻力较小，可取 臂部启动或制动时活塞杆上受到的平均惯性力（N）图3-2：支臂受力示意图根据升降ZP。又根据其工作条件，选用三相笼型异步电动机，封闭式结构，额定电压为220V，Y型。选用Y25M-4，其额定功率为P=25w，额定转速为n1=150 r/min电动机外形安装尺寸如下表， 型号尺 寸 （mm）HABCDEGKbb1b2hAABBHAL1Y132M4050402520402066060406020408653.7.3 定位机械手丝杠设计丝杠是用来推动纵向平移的部件。由于横向机构的形状、尺寸大小、轻重和材料的性能、表面状况等不同，丝杠的结构要有足够的强度和韧性来推动横向机构的平移，所以选用强度比较高的材料40Cr，而在横向机构的中心处钻丝杠孔。丝杠的基本要求：应具有适当的强度及韧性；丝杠的表面光洁度姚高；丝杠应和电机固定牢靠；应考虑通用性和特殊要求。丝杠材料查表5-11选择螺杆的材料为40Cr,螺纹部分采用表面淬火处理；选择螺母的材料为ZCuSn5Pb5Zn5（铸锡青铜）。丝杠螺纹数据的初步设计与校核选用梯形螺纹，根据国家标准（GB5796.3-86），试选丝杠螺纹的公称直径d=25mm，则其对应的其它参数为：螺距P=5mm，中径d2=20,小径d3=18mm；（1）螺纹升角和当量摩擦角，及自锁性校核，则5.576；梯形螺纹的牙型角；查表5-12知，螺杆-螺母材料为钢-青铜的摩擦系数为，则当量摩擦角；由知螺杆螺旋副满足自锁条件。 (2)螺杆上螺纹的轴向力的确定假设在手臂上移动的手爪及其辅助机构的质量为m=15kg，在设计中考虑留出预留量，则径向力，取，则249N；根据力的合成原理，知其轴向力249*tan5.576=19.8N；（3）螺纹副耐磨性计算如下图所示： 螺旋副传动螺纹工作面上的耐磨性条件是 根据螺杆螺母的材料和螺旋副的转动速度较低，查表5-12，取滑动螺旋副材料的许用压力p=14Mpa,摩擦系数f=0.09;对于整体螺母，磨损后不能调整间隙，为使受力分布比较均匀，螺纹工作圈数不能过多，故取，则H=6mm；对于梯形螺纹，h=0.5P=0.5*5=2.5mm; 则所以此设计的螺纹满足耐磨性要求。同时，螺纹工作圈数S2,所以设计的螺杆满足稳定性要求。综上所述，本次毕业设计所设计的螺杆螺纹的最终参数为公称直径d=25，螺距P=5，中径d2=20,小径d3=18，螺纹升角则5.576，当量摩擦角。丝杠螺母的参数选择及校核（1）根据螺杆选择螺母的螺纹参数为公称直径d=25，中径d2=20，小径d3=18，螺距为P=5。螺杆与螺母的螺纹精度配合为：。（2）螺母的材料强度一般都低于螺杆的材料强度，所以要对螺母的螺纹牙进行强度校核。如下图所示，是将螺母的一圈螺纹沿其大径展开，则可将这看成是宽度为的悬臂梁 螺母螺纹圈的受力螺纹牙危险截面a-a的剪切强度条件为；弯曲强度条件为；螺纹牙根部的厚度；弯曲力臂；由表5-13查得螺母材料的许用切应力；许用弯曲应力；螺纹工作圈数；则螺母没全螺纹所受的平均压力；根据剪切强度条件；根据弯曲强度条件；所以设计的螺母满足剪切强度和弯曲强度。驱动丝杠的电动机的选择（1）电动机的类型的选择 按照设计要求，两轴自动发卡机械手的工作需求以及电动机的最佳安装位置，选用自带减速器的S系列的减速电机。因为需要法兰装置将减速电机固定，所以选用SF系列减速电机。 （2）电动机功率的确定 机械手工作所需的功率，式中147N;根据设计要求，；所以=0.0079kW。 由电动机到丝杠螺母副的传动的总效率，为齿轮传动的效率，为滚动轴承的传动效率，为滑动丝杠的传动效率，查表1-15（机械传动和摩擦副的效率概略值）得，则。那么减速电机的输出功率=0.021kW。根据机械设计手册选定减速电机的额定功率为Pm0.025kW.(3)电动机转速的确定根据设计要求，螺母在丝杠上的移动速度，则转速，由于单级齿轮的传动比为，则电动机的输出转速为，根据机械设计手册选定减速电机的输出转速为。综上所述所选的减速电机的型号为SF15-DR63L4。3.7.4 送纸及包卷功能设计（1） 硬币经过振动送料机的两次分选后经过滑道直接滑入装币筒中。滑道上要安装光电记数装置和电磁铁隔板防满装置，光电记数装置是用来控制硬币滑入币筒的数量，每次记数为50枚。电磁铁隔板的作用是防满，每次滑入币筒的硬币如果满了，电磁铁隔板就挡在滑道上，使硬币不再滑入币筒。（2）币筒的高度正好等于五十枚硬币的高度，我所设计的硬币自动分选包装机要分选出1元、5毛、1毛的硬币，应设计好币筒的高度，所以分选出的硬币分别装入三个不同高度的硬币筒,分别是1元硬币筒的高度为100mm，5角硬币筒的高度为75mm，1角硬币筒的高度也是75mm。装币筒的作用就是装分选出来的硬币，是硬币的整理过程。（3）丝杠顶杆是有电动机带动齿轮转动，从而带动丝杠螺母做上下往复运动，从而完成顶杆顶硬币的动作。每次装满50枚硬币，丝杠向下运动一次，将硬币顶下，丝杠回转。顶杆装置的作用是顶硬币，由于硬币落入币筒中可能有不平整的，用顶杆使之平整，还有就是使堆好的硬币在机械手张开的时候用顶杆将硬币顶入机械手的下面，然后顶杆向上运动，机械手再一次夹紧，使落下的硬币上面封好，完成一次包装。在封好落下的硬币的上部的时候也就是对下一次包装硬币的底部的封接。这样往复运动，从而完成一次硬币的记数，包装。（4）塑料薄膜固定在轴承座上，伸长的部分要包在币筒的外面，下面要长出币筒，用机械手夹紧热封，在币筒的侧面用一个横向封接器完
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