硬币分拣器设计讲解.doc

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苏州职业大学
2 确定方案

硬币清分机主要设计是从硬币的分拣，计数、包装等几个方面进行考虑。
分离步骤：
具体的分拣步骤是这样的，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角的硬币，所以第一个传感器挡币块与导轨的距离设计的要比1角的硬币略大，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角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

3 传动设计

§ 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:295165200
电动机的安装方式：
选择IBM3型
§ 3-2 V带传动的设计
① 电动机V带轮的设计 ② 主轴V带轮的设计

一 、V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
此处带轮的材料，采用铸铁，材料牌号为HT200。
三 、 V带轮的结构
铸铁制V带轮的典型结构有以下几种形式：①实心式②腹板式③孔板式④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。
四 、 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=0.605KW
2.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=5.57<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)<a<2(dd1+dd2),
即245.7< a<702

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。

五 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（φ170mm、φ28mm）。
    （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（φ60mm）和外圆（φ75mm）。

图2 立式多刀自动车床

    该工艺受机床动作功能限制φ75mm孔与φ28mm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φ28mm内孔，将φ75mm、φ28mm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φ0.03mm的同轴度要求。

图3 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。

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（<φ300mm）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。

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（＜µA），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。

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)