基于虚拟装配的硬币自动包装机设计方法(上)
摘要:为解决硬币处理困难的问题，研究和设计了一种新型台式硬币包装机。在开发过程中采用基于3D特征造型和虚拟装配等CAD技术，应用Pro／E软件实现了该硬币包装机的三维设计和数字化样机的建立；通过动态仿真和干涉分析，验证了设计方案的可行性。该方法为此种硬币包装机物理样机的制作，和日后产品结构的设计优化提供了快捷有效的途径。
关键词:硬币包装机 基于虚拟装配的设计 干涉检查 装配约束和顺序 动态仿真
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Il生能硬币检测、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缝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高。
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 。
l 面向装配的硬币自动包装机设计
1．1 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。
1．2 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 ]。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。
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。
