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。因而國內外很重視高性能硬幣檢測、清分 和包裝設備的研究和開發。以美國、日本和德國為代表的發達 國家,硬幣處理技術有關的研究工作開展也較早，並初步形成 了相關的設備產業。但經過市場調研了解到，目前硬幣的自動 包裝設備與市場要求還有較大差距。此類現有產品設備體積 大且價格較高，麵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一步加強，實際上迫切需求價格適 中的一種小型硬幣自動處理和包裝設備。但由於硬幣包裝運 動關係和設備結構複雜，同時受傳統設計模式的限製，導致一 種新型包裝機開發過程中的空間幹涉、運動關係分析和後續的 裝配等成為“瓶頸”問題。開發周期長,樣機製作和實驗費用 咼。

文中闡述了一種基於裝配的設計思想，為硬幣包裝機的研 製提供了一種新的設計思路。一方麵它強調從易於裝配的角 度出發，進行對自動包裝機設計的改進，以提高產品的研發 效率，減少裝配時間和費用；另一方麵強調了通過在計算機上 以可視化方式展示產品的實際裝配過程,適時檢查產品的可裝 配性。它與傳統的產品研發方法比較，可以有效地減少設計周 期和相關費用，同時使質量得以提高E。

1麵向裝配的硬幣自動包裝機設計

1. 16 麵向裝配的設計思想

麵向裝配的設計（DFA）是一種新的產品設計方法，即在 設計初期把產品設計過程與製造裝配過程有機結合，從設計的 角度來保證產品的可裝配性。引入麵向產品裝配過程的設計 思想，使設計的產品具有良好的結構，能高效地進行物理裝配。 隨著計算機技術的快速發展，使得麵向裝配的設計思想得以實 現。通過在計算機上完成產品零部件的實體建模，並且進行計 算機幹涉分析，動態仿真等多次優化的設計過程，實現了產品 的三維設計過程與零部件裝配過程的高度統一。

1. 26 硬幣包裝機設計中需要解決的關鍵技術

國內外現有的硬幣自動包裝設備由上到下分別設置了專 用的高速清點裝置、硬幣堆碼和包卷係統、送紙與切紙機構、卷紙機構以及紙卷封口等機構。其基本功能要求為:對硬幣進行 計數處理後,設法將硬幣排列成疊，再送入包裝和封口係統進 行硬幣的卷紙、切紙和封口等操作，最後送出規範化包裝的硬 幣卷⑵。這類設備的組成環節多，結構複雜，且需專用的連續 包裝用紙，使得該設備的體積大,應用範圍受到限製。本文所 述的自動硬幣包裝機，針對中小用戶（如儲蓄所、公交等部 門）其設計目標為體積小的結構機型，功能目標靈活，功能 多樣等特點，實現了對硬幣的自動包裝、計數、包卷和封口，並 根據真偽硬幣材料的不同，實現了硬幣的自動檢測。圖1為硬幣自動包裝機功能單元圖。

圖1 硬幣包裝機的功能單元

Fig. 1 The functional units of coin wrapping machine

為了實現上述設計的功能目標，文中所述的包裝機采用了 全新的結構設計方案，主要包括以下關鍵技術：

首先，在對於進紙方法的設計首次采用了打印機式單頁進 紙方式，紙張的規格可按所處理硬幣麵值的不同更換。圖2為 硬幣包裝機進紙和封邊部件的結構示意。當硬幣進入包卷機 構的膠輥之間，同時搓紙進給機構（圖中編號為3,後同）搓起 一張預先疊放在托紙盒4的特製的包裝紙,通過導紙機構2正 確導入高速旋轉膠輥和硬幣之間，並迅速將硬幣包裝成卷，鉤 邊機構1擺入完成封口。采用打印式進紙方式省去了送紙、切 紙機構，實現了結構的簡化，搓紙進給機構與鉤邊機構分別布 置在包卷機構的三個膠輥之間，這樣設計的難點在於須保證它 們與包卷機構不發生幹涉，並能實現預定的運動。

圖2 進紙、封邊機構示意圖

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 機構的上麵接幣，然後夾持直接豎直向下移動送到工作位置, 見圖3。這是很多公司所采用的實現方式，但是這樣從接幣位 置到工作位置的移動，需要一個距離至少為50枚厚度最大的 硬幣的高度（h = 120mm），從而會使包裝機的高度增加，體積 增大。（2）采用移送機械手從和包卷位置平行的某個位置接 幣，夾持，然後沿著一個圓弧旋轉送到工作位置，見圖2。文中 采用方案（2）作為移動送幣方案。

為了實現上述設計的功能目標，文中所述的包裝機采用了 全新的結構設計方案，主要包括以下關鍵技術：

首先，在對於進紙方法的設計首次采用了打印機式單頁進 紙方式，紙張的規格可按所處理硬幣麵值的不同更換。圖2為 硬幣包裝機進紙和封邊部件的結構示意。當硬幣進入包卷機 構的膠輥之間，同時搓紙進給機構（圖中編號為3,後同）搓起 一張預先疊放在托紙盒4的特製的包裝紙,通過導紙機構2正 確導入高速旋轉膠輥和硬幣之間，並迅速將硬幣包裝成卷，鉤 邊機構1擺入完成封口。采用打印式進紙方式省去了送紙、切 紙機構，實現了結構的簡化，搓紙進給機構與鉤邊機構分別布 置在包卷機構的三個膠輥之間，這樣設計的難點在於須保證它 們與包卷機構不發生幹涉，並能實現預定的運動。

移送機械手實現了硬幣摞從堆碼機構到包卷機構的移送, 這樣設計的好處在於結構十分緊湊，因而裝置的總體積可大幅 度下降。卻要求移送機械手要有很高的運動精度，能保證預定 的運動軌跡。此外，移送機構、堆幣機構、包裝機構的空間幹涉 問題成為設計的難點。應用虛擬裝配技術，可直觀的讓設計者 在設計階段就可以考慮後續的裝配問題，運動的合理性等。 1.3裝配建模過程的關鍵問題

硬幣包裝機的裝配建模實際上是對真實裝配過程的模 擬⑶。通過虛擬裝配技術在計算機中生成硬幣包裝機的數字 化樣機，在此基礎上進行仿真實驗。就硬幣包裝機整體設備而 言，要在計算機中建立其裝配模型，需尋求一條最優的裝配路 徑。

1.3.1確定裝配層次

裝配層次指硬幣包裝機總裝配體的子裝配體組成，裝配層 次可按照包裝機功能單元劃分。各部分零件均在Pro/E零件 模塊中進行參數化設計得到。

1.3.2確定裝配順序

根據硬幣包裝機的各個零件的結構尺寸形式和各部件之 間的約束關係，確定整個設備的裝配順序。

1.3.3確定裝配約束

裝配約束是確定基準件和其他組成件的定位及相互約束 關係，主要由裝配特征、約束關係和裝配設計模型樹組成。

在Pro/E中零件裝配,是在組件模塊裏實現，通過執行（元 件）％（裝配）命令,添加約束關係完成。

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