硬幣清分機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)綜合課程設(shè)計(jì)

西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院專業(yè)綜合課程設(shè)計(jì)論文PAGE37綜合課程設(shè)計(jì)論文題目硬幣清分機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)專業(yè)名稱飛行器制造工程學(xué)生姓名指導(dǎo)教師畢業(yè)時(shí)間二零一三年十二月設(shè)計(jì)論文設(shè)計(jì)論文一、題目硬幣清分機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想和目的要求硬幣清分機(jī)是金融行業(yè)設(shè)備中的用于清點(diǎn)硬幣的技術(shù)產(chǎn)品，它的主要功能是硬幣的計(jì)數(shù)和硬幣幣種的清分。目前主要適用于超市、公交、自動(dòng)售貨行業(yè)，零售業(yè)等行業(yè)。硬幣清分機(jī)外型簡單大方，設(shè)備原理清晰。操作簡單易懂，價(jià)格適中，在超市，零售等行業(yè)頗受歡迎。三、主要技術(shù)指標(biāo)1、完成設(shè)計(jì)說明書；2、完成一篇相關(guān)課題的外文翻譯；3、完成改造后的圖紙，A0大小兩張左右；四、進(jìn)度和要求第一階段：開題論證階段，詳細(xì)了解畢業(yè)設(shè)計(jì)目的，任務(wù)要求，時(shí)間安排，確定基本方案；（2天）第二階段：查閱課題相關(guān)資料，了解課題研究背景、目的及意義，并完成課題相關(guān)外文翻譯；（1天）第三階段：確定硬幣清分機(jī)的總體設(shè)計(jì)；（2天）第四階段：確定硬幣清分機(jī)的設(shè)計(jì)；（1天）第五階段：總結(jié)，按要求撰寫課程論文；（2天）第六階段：進(jìn)行課程設(shè)計(jì)論文答辯；（0.5天）主要參考書及參考資料[1]徐慶，王章中.硬幣?硬幣材料?硬幣流通[J].機(jī)械制造與研究，2000,5:30～31.

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427301Abstract 532537目錄 615811第一章前言 71.1硬幣清分機(jī)的課題背景4965 732171.2國內(nèi)外硬幣清分機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀 828674第二章確定方案 10317242.1分離步驟 10125542.2計(jì)數(shù)步驟 11145892.3電路設(shè)計(jì) 12194692.4本章小結(jié) 1224657第三章傳動(dòng)設(shè)計(jì) 13315813.1電動(dòng)機(jī)的選型 1363633.2V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 13210193.2.1V帶輪的設(shè)計(jì)要求 14173403.2.2帶輪的材料 14139953.2.3帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 14210193.2.4相關(guān)計(jì)算 17173403.2.5V帶輪的結(jié)構(gòu)參數(shù) 17319123.3錐齒輪的設(shè)計(jì) 1824876第四章導(dǎo)軌的設(shè)計(jì) 23283144.1工藝設(shè)計(jì) 26319724.2刀塔結(jié)構(gòu)的選擇 3024876第五章轉(zhuǎn)盤的加工設(shè)計(jì) 324739第六章全文總結(jié) 342968參考文獻(xiàn) 3518314設(shè)計(jì)心得 35第一章前言1.1硬幣清分機(jī)的課題背景銀行等一些特殊部門要對(duì)大量的硬幣進(jìn)行高效的處理，如計(jì)數(shù)、分類、包裝等以使其再流通，無人售票車、投幣電話等需要對(duì)硬幣進(jìn)行實(shí)時(shí)識(shí)別，自動(dòng)售貨機(jī)除了識(shí)別之外，還要提供找零功能等。而且在目前在世界范圍內(nèi)，硬幣以其成本低，流通次數(shù)多、耐磨損、易回收等無可替代的優(yōu)勢將占領(lǐng)小面額貨幣市場是大勢所趨。市場需要一種成熟可靠的硬幣自動(dòng)處理機(jī)具。鑒于此需要，我們研制用于處理上述問題的機(jī)具。硬幣清分機(jī)是金融行業(yè)設(shè)備中的用于清點(diǎn)硬幣的技術(shù)產(chǎn)品，它的主要功能是硬幣的計(jì)數(shù)和硬幣幣種的清分。目前主要適用于超市、公交、自動(dòng)售貨行業(yè)，零售業(yè)等行業(yè)。硬幣清分機(jī)外型簡單大方，設(shè)備原理清晰。操作簡單易懂，價(jià)格適中，在超市，零售等行業(yè)頗受歡迎。硬幣清分機(jī)的最大優(yōu)點(diǎn)在于它不僅可以清點(diǎn)硬幣的數(shù)目，更能將各幣種清分開來，并且面對(duì)不同的國家的硬幣不需要調(diào)整軟件，只需要調(diào)整機(jī)器的硬件設(shè)備就可以滿足不同的國家的硬幣清點(diǎn)需求。因此不僅占據(jù)了很大的市場份額，而且對(duì)于生產(chǎn)成本也有所降低。該設(shè)備主要用于多種硬幣的分選、計(jì)數(shù)、包裝，該設(shè)備實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化操作，達(dá)到高效、可靠、生產(chǎn)率高、減輕勞動(dòng)成本的目的。在目前國內(nèi)的小面值貨幣流通的領(lǐng)域，硬幣分揀大多為人工操作，生產(chǎn)率低，浪費(fèi)勞動(dòng)成本。所以，此設(shè)備的研制可以改善這一狀況，節(jié)約勞動(dòng)力成本，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。表1-1我國目前流通幣種及其基本信息幣種材質(zhì)直徑（mm）重量（g）厚度（mm）邊形形狀發(fā)行年份中國第三套普通流通硬幣菊花1角鋁鎂合金.4平邊外圓內(nèi)九邊形1991-1999梅花5角銅鋅合金5間斷絲齒圓形1991-2001牡丹1元鋼芯鍍鎳256.051.85平邊圓形1991-1999中國第四套普通流通硬幣蘭花1角鋁鎂合金191.151.67平邊圓形1999-2003不銹鋼193.21.67平邊圓形2005-2011荷花5角鋼芯鍍銅5間斷絲齒圓形2002-2011菊花1元鋼芯鍍鎳256.051.85平邊圓形1999-20111.2國內(nèi)外硬幣清分機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀1.2.1國外硬幣清分發(fā)展現(xiàn)狀硬幣清分機(jī)至今已有30年的歷史，發(fā)展到今天，硬幣清分機(jī)已具有可靠的傳動(dòng)系統(tǒng)和先進(jìn)的計(jì)數(shù)清分功能，其智能化的設(shè)計(jì)為解決硬幣清點(diǎn)的困難提供了完美的選擇。國外著名廠家有日本的榮光瑞典的SCANCOINAB。由于國外硬幣清分機(jī)發(fā)展比較早，其技術(shù)也較為成熟。硬幣清分機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)具有低噪聲、傳動(dòng)平穩(wěn)、、性能可靠等優(yōu)點(diǎn)；計(jì)數(shù)功能采用光敏傳感器，有功能齊全，操作更簡便等優(yōu)點(diǎn)；采用數(shù)字顯示屏，進(jìn)行可視化設(shè)計(jì)，全面顯示硬幣的數(shù)量等信息。1.2.2國內(nèi)硬幣清分機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀1、硬幣清分機(jī)在我國的市場前景：隨著我國國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)定地增長，2008年北京申奧成功和WTO的加入。從本世紀(jì)開始，我國進(jìn)入了全面建設(shè)小康社會(huì)的新階段，創(chuàng)造美好生活環(huán)境是金融行業(yè)發(fā)展的巨大推動(dòng)力。我國第五版人民幣的發(fā)行，輔幣(10元以下)硬幣化已經(jīng)成為一種趨勢，硬幣的投放量還將大幅度增加[1]。由于硬幣手工清分成本大，利潤小，一般不復(fù)點(diǎn)且誤差多，因此硬幣流通自動(dòng)化成為迫切的社會(huì)需求，所以硬幣清分機(jī)將會(huì)成為國內(nèi)金融市場的一個(gè)主流機(jī)器。2、硬幣清分機(jī)國內(nèi)生產(chǎn)：在國內(nèi)，清華大學(xué)、北京科技大學(xué)、上海交通大學(xué)、杭州電子科技大學(xué)、蘇州大學(xué)、福州大學(xué)等多家單位均對(duì)如何進(jìn)行正確的硬幣識(shí)別做過深入研究，在機(jī)理上普遍采用電渦流法。這些單位的研究在可能涉及的硬幣范圍內(nèi)取得了較好的效果，但對(duì)硬幣的鑒別都局限于項(xiàng)目本身，存在不系統(tǒng)、不完整，對(duì)偽幣效果識(shí)別不好等問題。3、硬幣清分機(jī)是對(duì)高速通過的硬幣進(jìn)行識(shí)別、計(jì)數(shù)，同時(shí)對(duì)偽幣、殘幣進(jìn)行剔除的系統(tǒng)。它是分類機(jī)、計(jì)數(shù)機(jī)、包裝機(jī)、銷毀機(jī)等眾多硬幣處理器具的基礎(chǔ)。由于國情和貨幣體系不同，研制各國統(tǒng)一的硬幣清分系統(tǒng)不現(xiàn)實(shí)，因此，需要針對(duì)不同的貨幣體系研制相應(yīng)的清分系統(tǒng)。

在這個(gè)領(lǐng)域里，國外較早的開展了研究，并且做了大量的工作。開發(fā)的產(chǎn)品大致也分為三個(gè)檔次，低檔、中檔和高檔。低檔清分速度在1000枚/min以下，中檔為1000～1500枚/min左右，高檔則在1500枚/min以上。所使用的清分方法上主要有兩大類，一類是根據(jù)物理技術(shù)進(jìn)行清分，另一類是根據(jù)性能指標(biāo)進(jìn)行清分。高速清分基本上都是采用性能指標(biāo)來進(jìn)行清分。

綜觀來看，當(dāng)今國內(nèi)外硬幣清分裝置，或者設(shè)計(jì)原理簡單，抗振動(dòng)、抗電磁干擾能力差，識(shí)別偽幣能力差；要么制造復(fù)雜、價(jià)格昂貴、缺少實(shí)用價(jià)值。第二章確定方案硬幣清分機(jī)主要設(shè)計(jì)是從硬幣的分離，計(jì)數(shù)等幾個(gè)方面進(jìn)行考慮。2.1分離步驟：具體的分離步驟是這樣的，首先混幣通過傳輸裝置，定時(shí)定量的（定時(shí)定量的目的在于防止一次送進(jìn)過多的硬幣而導(dǎo)致分離盤負(fù)擔(dān)過大，引起堵塞和分離不流暢）傳輸一部分混幣到圖中所示的分離盤，起先我們分離的是幣值為1分的硬 幣，所以第一個(gè)傳感器擋幣塊與導(dǎo)軌的距離設(shè)計(jì)的要比1分的硬幣略大，比其它幣值的硬幣直徑都要小，以此為標(biāo)準(zhǔn)再經(jīng)過實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的分離效果，我們確定一個(gè)合適的直徑，這樣一來，1分的硬幣和其它幣值的硬幣就區(qū)分了出來。

其工作原理如下：啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)分離盤，使得分離盤轉(zhuǎn)動(dòng)，則分離盤中的硬幣作離心運(yùn)動(dòng)，硬幣被撥到導(dǎo)軌中（導(dǎo)軌上端對(duì)應(yīng)6個(gè)傳感器擋幣塊,擋幣塊與導(dǎo)軌的距離大小循序從上到下依次變大），然后根據(jù)硬幣的尺寸由小到大的循序?qū)鯉艍K與導(dǎo)軌之間的距離進(jìn)行調(diào)整，從而對(duì)不同直徑的硬幣進(jìn)行分離。其裝置簡圖如圖1所示2.2計(jì)數(shù)步驟：本系統(tǒng)采取的是利用光敏傳感器作為基本傳感器進(jìn)行硬幣的計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)裝置是用光電三極管作為檢測元件。當(dāng)硬幣陸續(xù)通過導(dǎo)軌所指位置時(shí)，接收端會(huì)收到光信號(hào)，通過一個(gè)就會(huì)收到一個(gè)光信號(hào)，通過N個(gè)就會(huì)收到N個(gè)光信號(hào)，同時(shí)在其輸出端輸出N個(gè)電脈沖信號(hào)。采用一單片機(jī)對(duì)輸出的電脈沖信號(hào)的下降沿進(jìn)行計(jì)數(shù)，并且通過LED數(shù)碼顯示管將計(jì)數(shù)結(jié)果顯示出來圖2-2LED計(jì)數(shù)結(jié)果2.3電路設(shè)計(jì)：為了滿足上述系統(tǒng)的正常工作，我們可以采用可編程控制器進(jìn)行設(shè)計(jì)，也可以采用單片機(jī)自行開發(fā)印制電路板。前者開發(fā)周期短，抗干擾能力強(qiáng)，但作為批量生產(chǎn)，其價(jià)格昂貴，保密性不好，他人易于模仿。后者開發(fā)時(shí)須投入一些人力物力，對(duì)于只有開關(guān)量輸入、輸出的控制系統(tǒng)，干擾比較容易解決，只要電路板布線合理一些、整線布線注意一下就可以了。所以，本機(jī)的采用的硬件電路設(shè)計(jì)（圖2-3電路板布線第三章傳動(dòng)設(shè)計(jì)3.1電動(dòng)機(jī)的選型考慮到設(shè)計(jì)的硬幣清分機(jī)機(jī)適用對(duì)象為零售業(yè)、銀行和個(gè)體商戶戶,故電動(dòng)機(jī)電壓應(yīng)選用220V.再考慮到所受的載荷不大,所需動(dòng)力不是很大,選用小功率的電動(dòng)機(jī).綜合各方面因素,選用YL系列電動(dòng)機(jī).YL系列電動(dòng)機(jī)是新型高效節(jié)能產(chǎn)品,具有體積小、容量大,起動(dòng)及運(yùn)轉(zhuǎn)性能優(yōu)越等特點(diǎn),符合國際標(biāo)準(zhǔn)IEC的有關(guān)規(guī)定,并實(shí)現(xiàn)同一機(jī)座號(hào)單、三相異步電動(dòng)機(jī)等級(jí)相同,提高了單、三相電動(dòng)機(jī)的互換性和通用性,被廣泛應(yīng)用于冷凍機(jī)、泵、風(fēng)機(jī)、,小型機(jī)床以及農(nóng)副業(yè)和家用電器等方面.電動(dòng)機(jī)的主要參數(shù)：型號(hào):YL801-4電壓:220V功率:0.55KW同步轉(zhuǎn)速:1500r/min頻率:50HZ效率:68%功率因數(shù):0.92外形尺寸:295165200電動(dòng)機(jī)的安裝方式：選擇IBM3型3.2V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)①電動(dòng)機(jī)V帶輪的設(shè)計(jì)②主軸V帶輪的設(shè)計(jì)一、V帶輪的設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)V帶輪時(shí)應(yīng)滿足的要求有：質(zhì)量??；結(jié)構(gòu)工藝性好，無過大的鑄造內(nèi)應(yīng)力，質(zhì)量分布均勻，轉(zhuǎn)速高時(shí)要經(jīng)過動(dòng)平衡，輪槽工作面要經(jīng)過精細(xì)加工（表面粗糙度一般應(yīng)為3.2）以減帶的磨損，各槽的尺寸和角度應(yīng)保持一定的精度，以使載荷分布較為均勻等。二、帶輪的材料此處帶輪的材料，采用鑄鐵，材料牌號(hào)為HT200。三、V帶輪的結(jié)構(gòu)鑄鐵制V帶輪的典型結(jié)構(gòu)有以下幾種形式：①實(shí)心式②腹板式③孔板式④橢圓輪輻式.當(dāng)帶輪的基準(zhǔn)直徑2.5d(d為軸的直徑，單位為mm)時(shí)，可采用實(shí)心式；300mm時(shí)，可采用腹板式（當(dāng)100mm時(shí)，可采用孔板式）；300mm時(shí)，可采用輪輻式。四、相關(guān)計(jì)算已知電動(dòng)機(jī)的額定功率為0.55KW,轉(zhuǎn)速n1=1500r/min,選取傳動(dòng)比為i=3.9,采用普通V帶傳動(dòng).1.確定計(jì)算功率P由參考資料[1]表8-6查得工作情況系數(shù)KA=1.1,故P=KAP=1.10.55=0.605KW2.選取帶型根據(jù)P，n由參考資料[1]圖8-9確定選用Z型3.確定帶輪基準(zhǔn)直徑由[1]表8-3和表8-7取主動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑d=71mm則從動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑d=id=3.971=276.9mm根據(jù)參考資料[1]表8-7取d=280mm按參考資料[1]式(8-13)驗(yàn)算帶的速度V==m/s=5.57<35m/s帶的速度合適4.確定V帶的基準(zhǔn)長度和傳動(dòng)中心距根據(jù)0.7(dd1+dd2)<a<2(dd1+dd2),即245.7<a<702初步確定中心距a=400mm根據(jù)參考資料[1]式(8-20)計(jì)算所需的基準(zhǔn)長度Lˊ=2a+(280+71)+=1378.37mm根據(jù)參考資料[1]表8-2選取帶的基準(zhǔn)長度Ld=1400mm由參考資料[1]式(8-21)計(jì)算實(shí)際中心距a=a+(+ˊ)/2=400+(1400-1378.37)/2=410.815mm5.驗(yàn)算主動(dòng)輪上的包角a由參考資料[1]式(8-6),得a=180°-=180°-(280-71)57.5°/410.85=150.747°>120°主輪上的包角合適6.計(jì)算V帶的根數(shù)Z由參考資料[1]式(8-22)知由n1=1500r/min,dd1=71mm,i=3.9查由參考文獻(xiàn)[1]表8-5a和參考文獻(xiàn)[1]表8-5b,得P=0.31kw,△P=0.03kw查參考資料[1]表8-8,得K=0.92查參考資料[1]表8-2,得K=1.14則=1.697取z=2式(8-22)中K—————包角系數(shù)K——————長度系數(shù)P——————單根V帶的基本額定功率△P—————計(jì)入傳動(dòng)比的影響時(shí),單根V帶額定功率的增量7.計(jì)算預(yù)緊力F由參考資料[1]式(8-23)知F=查參考資料[1]表8-4,得q=0.06kg/m,故F==49.687584N8.計(jì)算作用在軸上的壓軸力F由參考資料[1]式(8-24),得F===192.3N五、帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要是根據(jù)帶輪的基準(zhǔn)直徑選擇結(jié)構(gòu)形式，根據(jù)帶的截型確定輪槽尺寸，參考文獻(xiàn)[1]表（8-10），帶輪的其它結(jié)構(gòu)尺寸可參照參考文獻(xiàn)[1]圖（8-12）所列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，確定了帶輪的各部分尺寸后，即可繪制出零件圖，并按工藝要求注出相應(yīng)的技術(shù)條件等。由以上的計(jì)算可知：電動(dòng)機(jī)的V帶輪選實(shí)心式；主軸V帶輪選腹板式。六、V帶輪的結(jié)構(gòu)參數(shù)圖3-1V帶輪的輪槽尺寸V帶輪的結(jié)構(gòu)參數(shù)如表3-1表3-1注：電動(dòng)機(jī)V帶輪L=(1.5~2)d,B<1.5d時(shí)，L=B，此處L=28=(1.8~2)d,d為軸的直徑，此處=2d主軸V帶輪L=（1.5~2）d,當(dāng)B<1.5d時(shí)，L=B,此處L=28=B此處=B=73.3錐齒輪的設(shè)計(jì)選用直齒錐形齒輪,取錐齒輪傳動(dòng)效率=0.95,小錐齒輪傳動(dòng)功率為P=0.5225,轉(zhuǎn)速n=384.6r/min.傳動(dòng)比i=2.一、選擇齒輪材料小齒輪用45調(diào)質(zhì),齒面硬度200-230HBS大齒輪用45調(diào)質(zhì),齒面硬度170-200HBS根據(jù)齒面硬度中值,按參考資料[2]圖17-1中MQ線查得小齒輪=565MPa大齒輪=545MPa二、選定齒輪精度等級(jí)根據(jù)工作情況,選用8級(jí)精度三、按接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)小齒輪分度直徑小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩TT=9550P/n=95500.5225/384.6=12.97N·m齒數(shù)比u=i=2配對(duì)材料系數(shù)C查參考資料[2]表17-18,得C=1載荷系數(shù)根據(jù)載荷情況,齒輪精度和齒輪結(jié)構(gòu)位置取K=1.5(5)許用應(yīng)力=0.9=0.9565=509MPa=0.9=0.9545=491MPa取小值,所以==491MPa（6）計(jì)算小齒輪分度圓直徑d=52mm四、計(jì)算主要尺寸與參數(shù)(1)選定小齒輪齒數(shù)z由參考資料[2]圖17-18,并根據(jù)小齒輪直徑,齒面硬度選定z=20,則z=zu=40(2)確定模數(shù)m=52/20=2.6mm取標(biāo)準(zhǔn)值m=2.5mm(3)計(jì)算分度圓直徑,=mz=50mm=mz=100mm(4)計(jì)算分錐角,=arctan(z/z)=arctan(20/40)=26.565°=90°-=63.435°計(jì)算錐距RR===55.9mm計(jì)算輪齒寬度b取=0.33b=R=55.9=18.447mm取b=20mm計(jì)算齒頂圓直徑,==12.5=2.5mm===54.59mm=102.2mm計(jì)算平均圓周速度=41.75mm=0.84m/s錐齒輪傳動(dòng)參數(shù)見表3-2表3-2參數(shù)代號(hào)參數(shù)值小齒輪大齒輪齒形角20°20°大端面模數(shù)m2.52.5傳動(dòng)比i22齒數(shù)z2040分錐角26.565°63.435°分度圓直徑d50100錐距R55.955.9齒寬系數(shù)0.330.33齒寬b2020齒頂高2.52.5齒高h(yuǎn)5.55.5齒根高33齒頂圓直徑54.5102.2齒根角3.07°3.07°齒頂角3.07°3.07°頂錐角29.635°66.505°根錐角23.495°60.365°安裝距A7253外錐角高48.8822.76五、小錐齒輪零件圖如下第四章導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)4.1直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的概述直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的作用是用來支承和引導(dǎo)運(yùn)動(dòng)部件按給定的方向作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)軌可以是一個(gè)專門的零件，也可以是一個(gè)零件上起導(dǎo)向作用的部分。滑動(dòng)摩擦導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)件與承導(dǎo)件直接接觸。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、接觸剛度大；缺點(diǎn)是摩擦阻力大、磨損快、低速運(yùn)動(dòng)時(shí)易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。按照機(jī)械運(yùn)動(dòng)學(xué)原理，一個(gè)剛體在空間有六個(gè)自由度，即沿x、y、z軸移動(dòng)和繞它們轉(zhuǎn)動(dòng)（圖）。對(duì)于直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌，必須限制運(yùn)動(dòng)件的五個(gè)自由度，僅保留沿一個(gè)方向移動(dòng)的自由度。導(dǎo)軌的導(dǎo)向面有棱柱面和圓柱面兩種基本型式。圖4-1導(dǎo)軌的導(dǎo)向原理以棱柱面相接觸的零件只有沿一個(gè)方向移動(dòng)的自由度，如圖3-29b、c、d所示的棱柱面導(dǎo)軌，運(yùn)動(dòng)件只能沿x方向移動(dòng)。棱柱面由幾個(gè)平面組成，但從便于制造、裝配和檢驗(yàn)出發(fā)，平面的數(shù)目應(yīng)盡量少，圖中的棱柱面導(dǎo)軌由兩個(gè)窄長導(dǎo)向平面組成。限制運(yùn)動(dòng)件自由度的面，可以集中在一根導(dǎo)軌上，但為提高導(dǎo)軌的承載能力和抵抗傾復(fù)力矩的能力，絕大多數(shù)情況是采用兩根導(dǎo)軌。以圓柱面相配合的兩個(gè)零件，有繞圓柱面軸線轉(zhuǎn)動(dòng)及沿此軸線移動(dòng)的兩個(gè)自由度，在限制轉(zhuǎn)動(dòng)這一自由度后，則只有沿其軸線方向移動(dòng)的自由度（圖）。4.2硬幣導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)要求一、導(dǎo)軌的基本要求1、導(dǎo)向精度高。導(dǎo)向精度是指運(yùn)動(dòng)件按給定方向作直線運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確程度，它主要取決于導(dǎo)軌本身的幾何精度及導(dǎo)軌配合間隙。導(dǎo)軌的幾何精度可用線值或角值表示。圖4-2導(dǎo)軌的幾何角度（1）導(dǎo)軌在垂直平面和水平面內(nèi)的直線度如圖3-30a、b所示，理想的導(dǎo)軌面與垂直平面A-A或水平面B-B的交線均應(yīng)為一條理想直線，但由于存在制造誤差，致使交線的實(shí)際輪廓偏離理想直線，其最大偏差量△即為導(dǎo)軌全長在垂直平面（圖3-30a）和水平面（圖3-30b）內(nèi)的直線度誤差。（2）導(dǎo)軌面間的平行度圖3-30c所示為導(dǎo)軌面間的平行度誤差。設(shè)V形導(dǎo)軌沒有誤差，平面導(dǎo)軌縱向有傾斜，由此產(chǎn)生的誤差△即為導(dǎo)軌間的平行度誤差。導(dǎo)軌間的平行度誤差一般以角度值表示，這項(xiàng)誤差會(huì)使運(yùn)動(dòng)件運(yùn)動(dòng)時(shí)發(fā)生“扭曲”。2、運(yùn)動(dòng)輕便、平穩(wěn)、低速時(shí)無爬行現(xiàn)象。導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)的不平穩(wěn)性主要表現(xiàn)在低速運(yùn)動(dòng)時(shí)導(dǎo)軌速度的不均勻，使運(yùn)動(dòng)件出現(xiàn)時(shí)快時(shí)慢、時(shí)動(dòng)時(shí)停的爬行現(xiàn)象。爬行現(xiàn)象主要取決于導(dǎo)軌副中摩擦力的大小及其穩(wěn)定性。為此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)合理選擇導(dǎo)軌的類型、材料、配合間隙、配合表面的幾何形狀精度及潤滑方式。3、耐磨性好。導(dǎo)軌的初始精度由制造保證，而導(dǎo)軌在使用過程中的精度保持性則與導(dǎo)軌面的耐磨性密切相關(guān)。該導(dǎo)軌的主要作用是引導(dǎo)硬幣流出，：所受摩擦力主要是來自于硬幣，硬幣與導(dǎo)軌之間要不斷的重復(fù)摩擦，所以導(dǎo)軌需要耐磨性很好，而且導(dǎo)軌受到一定的的沖擊力導(dǎo)軌表面的粗糙度及硬度、潤滑狀況和導(dǎo)軌表面壓強(qiáng)的大小。4、對(duì)溫度變化的不敏感性。即導(dǎo)軌在溫度變化的情況下仍能正常工作。導(dǎo)軌的選材選用45號(hào)鋼。表面要鍍化學(xué)鎳。5、足夠的剛度。在載荷的作用下，導(dǎo)軌的變形不應(yīng)超過允許值。當(dāng)剛度不足不僅會(huì)降低導(dǎo)向精度，還會(huì)加快導(dǎo)軌面的磨損。因此導(dǎo)軌的尺寸設(shè)計(jì)為長度397mm，寬度為4mm。材料為45#鋼，保證在硬幣流通的載荷下保證足夠的剛度。6、結(jié)構(gòu)工藝性好。導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)應(yīng)力求簡單、便于制造、檢驗(yàn)和調(diào)整，從而降低成本。該導(dǎo)軌的外形簡單。為簡單的矩形。本次設(shè)計(jì)的硬幣清分機(jī)的，因此對(duì)于導(dǎo)軌的材質(zhì)要求為45#鋼。此外導(dǎo)軌的表面要足夠光滑，所以導(dǎo)軌的裝配面及兩工作面鍍好需要再次拋光處理，去除表面的銳邊及毛刺。因?yàn)閷?dǎo)軌引導(dǎo)硬幣的流通，所以經(jīng)受一定的沖擊力。所以固定的方式要求要高。導(dǎo)軌表面加工5個(gè)沉頭定位孔，以保證導(dǎo)軌的穩(wěn)定性。第五章轉(zhuǎn)盤的加工設(shè)計(jì)

工藝設(shè)計(jì)

盤類零件的數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)，最重要的是將有相互行位公差要求的加工面安排在一道工序內(nèi)，在一次裝夾下完成加工，消除二次裝夾誤差。

5.1精加工

圖5-1轉(zhuǎn)盤

若用圖1所示的立式多刀自動(dòng)車床加工，加工工藝為：

（1）精車大平面。安排左、右其中一個(gè)刀架車平面，另一個(gè)刀架車內(nèi)孔（φ170mm、φ28mm）。

（2）再精車基準(zhǔn)A面。安排左、右其中一個(gè)刀架車平面，另一個(gè)刀架車內(nèi)孔（φ60mm）和外圓（φ75mm）。

圖5-2立式多刀自動(dòng)車床

該工藝受機(jī)床動(dòng)作功能限制φ75mm孔與φ28mm孔不能在同一工序內(nèi)完成，需正反兩次裝夾加工，由于重復(fù)定位誤差及夾具制造誤差的存在，很難穩(wěn)定滿足產(chǎn)品兩孔的同軸度要求。

為滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求，穩(wěn)定控制產(chǎn)品質(zhì)量，可采用如圖3的數(shù)控車床加工，工藝設(shè)計(jì)上利用數(shù)控車床的自動(dòng)換刀功能采用內(nèi)孔背鏜刀用程序控制從A面加工φ28mm內(nèi)孔，將φ75mm、φ28mm安排在同一道工序內(nèi)加工完成。避免重復(fù)定位誤差及夾具制造誤差對(duì)加工精度的影響，保證產(chǎn)品φ0.03mm的同軸度要求。

圖5-3立式數(shù)控車床

5.1.1工裝設(shè)計(jì)

數(shù)控車床的主要裝夾工具是卡盤，設(shè)計(jì)使用時(shí)應(yīng)重點(diǎn)考慮卡盤的定心精度，避免工件夾緊變形和抬起現(xiàn)象。

(1)保證定心精度因?yàn)檠b盤的加工面與裝夾面有較高的同軸度要求，卡盤的卡爪一般要在設(shè)備本身經(jīng)過“自車”來保證定位面與主軸軸線同心度?！白攒嚒睍r(shí)應(yīng)盡量模擬在加工狀態(tài)下自車，卡爪“自車”后的圓弧面直徑應(yīng)與工件的卡緊外圓直徑盡量一致。另外，“自車”反爪時(shí)最好漲緊一個(gè)輔具。5.1.2保證端面跳動(dòng)精度工件的軸向定位支撐可以通過調(diào)整或“自車”來保證定位點(diǎn)“共面”。但是傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的三爪卡盤，卡爪要在卡爪座內(nèi)移動(dòng)，必然要存在一定的滑動(dòng)間隙。在夾緊過程中，不可避免的會(huì)產(chǎn)生。工件“抬起”現(xiàn)象。當(dāng)工件要求加工面與定位面之間有較嚴(yán)的跳動(dòng)要求時(shí)，統(tǒng)結(jié)構(gòu)的三爪卡盤是很難保證裝夾精度的。為保證內(nèi)孔、外圓的同軸度要求必須將它們安排在同一道工序內(nèi)完成（大平面向上裝夾）?？墒枪ぜ婕庸面時(shí)，要保證圖示跳動(dòng)要求，加工時(shí)必須保證工件的定位面緊貼卡盤的軸向定位面。若采用傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的三爪盤裝夾很難滿足加工要求。因此，應(yīng)采用帶有“向下拉力”的卡盤，工件夾緊時(shí)，有一個(gè)向下的分力將工件緊貼定位面。5.1.3機(jī)床結(jié)構(gòu)的選擇方案：

(1)臥式“簡易數(shù)控車床”（如圖10）。這種機(jī)床采用平床身的布局，機(jī)床的制造工藝性好，便于導(dǎo)軌面的加工。水平床身配上水平放置的刀架，可提高刀架的運(yùn)動(dòng)精度。但是水平床身由于下部空間小，故排屑困難。從結(jié)構(gòu)尺寸上看，刀架水平放置使滑板橫向尺寸較長，從而加大了機(jī)床寬度方向的結(jié)構(gòu)尺寸。該設(shè)備的主要特點(diǎn)是具備兩軸聯(lián)動(dòng)功能并且設(shè)備價(jià)格便宜。但是之所以稱其為“簡易數(shù)控車床”是因?yàn)樗闹鬏S不能無級(jí)調(diào)速、刀架裝刀數(shù)量較少、快移速度慢、無自動(dòng)排屑機(jī)構(gòu)，床身整體結(jié)構(gòu)比數(shù)控臥式車床的剛性差、加工精度低。但是該設(shè)備經(jīng)過多年改進(jìn)，技術(shù)成熟、運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定，加工精度可達(dá)IT7～I(xiàn)T8，可用于零件的粗加工、半精加工和簡單的型面加工。

圖10臥式簡易數(shù)控車床

(2)臥式數(shù)控車床（如圖11）。這類機(jī)床結(jié)構(gòu)一般有斜床身結(jié)構(gòu)和平床身斜滑板結(jié)構(gòu)兩種布局。導(dǎo)軌傾斜的角度小，排屑不便；傾斜角度大，導(dǎo)軌的導(dǎo)向性及受力情況差。其傾斜角度的大小還直接影響機(jī)床外形尺寸高度與寬度的比例。綜合考慮以上因素，中小規(guī)格的數(shù)控車床，其床身的傾斜度以60°為宜。其中平床身斜滑板結(jié)構(gòu)。

圖5-4臥式數(shù)控車床

一方面具有水平床身工藝性好的特點(diǎn)，另一方面機(jī)床又具有斜床身結(jié)構(gòu)寬度方向的尺寸小、排屑方便、機(jī)床占地面積小，外形美觀，容易實(shí)現(xiàn)封閉式保護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。這兩種布局形式被中、小型數(shù)控車床所普遍采用。在選擇時(shí)，整體斜床身結(jié)構(gòu)的剛性略高于平床身斜滑板結(jié)構(gòu)，設(shè)備價(jià)格也略高一些。當(dāng)存在重切削加工內(nèi)容時(shí)最好選用整體斜床身結(jié)構(gòu)。臥式數(shù)控車床比較適宜軸類零件及直徑較?。?lt;φ300mm）重量較輕（<10kg）的盤類零件的加工。(3)立式數(shù)控車床。與臥式數(shù)控車床最大的區(qū)別是主軸與水平方向垂直，適宜直徑較大、較重的盤類、輪轂類工件，工件裝卸方便、定位可靠，便于組成加工自動(dòng)線。另外德國埃馬克公司研制的倒置式數(shù)控車，是對(duì)傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的一種革新，它更有利于組成自動(dòng)線，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上下料。但是此類設(shè)備價(jià)格較高，一般轎車用的盤類零件由于批量大、直徑小比較適宜選用?？紤]到轉(zhuǎn)盤的精度要求較高，且批量小，直徑小。但是本著降低生產(chǎn)成本的目的，最終選定如圖11的臥式數(shù)控車床。5.2刀塔結(jié)構(gòu)的選擇

圖12為立式刀塔，該結(jié)構(gòu)刀具的安裝數(shù)量較多，適宜加工工件高度不高盤類零件。若加工類似輪轂這樣需要鏜深孔的工件，則適宜選擇圖13所示的臥式刀塔，因?yàn)榈毒邞疑钶^長，選擇立式刀塔，刀具的干涉半徑較小，裝刀的數(shù)量將受到限制。為避免干涉，實(shí)際裝刀數(shù)量將減少。

圖5-5立式刀塔

圖5-6臥式刀塔因?yàn)樵摫P的高度適中，鏜孔深度一般，最終確定選用選用圖12所示立式刀塔。第六章傳感器的選用該機(jī)器選用的計(jì)數(shù)傳感器為光感傳感器，光電傳感器是指能夠?qū)⒖梢姽廪D(zhuǎn)換成某種電量的傳感器。光敏二極管是最常見的光傳感器。光敏二極管的外型與一般二極管一樣，只是它的管殼上開有一個(gè)嵌著玻璃的窗口，以便于光線射入，為增加受光面積，PN結(jié)的面積做得較大，光敏二極管工作在反向偏置的工作狀態(tài)下，并與負(fù)載電阻相串聯(lián)，當(dāng)無光照時(shí)，它與普通二極管一樣，反向電流很?。ǎ鸡藺），稱為光敏二極管的暗電流；當(dāng)有光照時(shí)，載流子被激發(fā)，產(chǎn)生電子-空穴，稱為光電載流子。在外電場的作用下，光電載流子參于導(dǎo)電，形成比暗電流大得多的反向電流，該反向電流稱為光電流。光電流的大小與光照強(qiáng)度成正比，于是在負(fù)載電阻上就能得到隨光照強(qiáng)度變化而變化的電信號(hào)。當(dāng)一個(gè)硬幣被擋幣塊擋住，碰到傳感器落下后，會(huì)將光信號(hào)傳輸給傳感器，然后光感傳感器再把光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。最終將計(jì)數(shù)的結(jié)果通過液晶數(shù)碼管體現(xiàn)出來，即實(shí)現(xiàn)硬幣的計(jì)數(shù)。

第七章機(jī)架的設(shè)計(jì)1、對(duì)于機(jī)架的工況要求：保證機(jī)架上安裝的零部件能順利運(yùn)轉(zhuǎn)，機(jī)架的外形或內(nèi)部結(jié)構(gòu)不致有阻礙運(yùn)動(dòng)件通過的突起；設(shè)置執(zhí)行某一工況所必需的平臺(tái)；保證上下料的要求、人工操作的方便及安全等。為此應(yīng)保證機(jī)架鈑金材料表面的平整度。2、材料的選用：因?yàn)樗O(shè)計(jì)的硬幣清分機(jī)對(duì)于機(jī)架工作時(shí)承受的的重力、夾緊力、摩擦力、慣性力和工作載荷等不是很高，因?yàn)檠b卸搬運(yùn)方便，所以機(jī)架的重量要輕，成本要低。因此該機(jī)器的機(jī)架選材為鋁板。表面鍍鎳。聯(lián)接固定方式：該機(jī)架的聯(lián)接固定方式選用普通的螺栓聯(lián)接方式。前后罩殼均選用整體焊接件，拆裝、調(diào)整方便。4、考慮到機(jī)器內(nèi)部的機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的熱量比較大。故在底板開數(shù)個(gè)小孔，便于機(jī)器熱量的及時(shí)散發(fā)。5、機(jī)架的裝配（1）用M4X10的十字槽盤頭螺釘+彈墊+平墊（共4組），將四個(gè)機(jī)腳固定在底盤上（圖一）（2）M5X10的六角頭螺栓+彈墊+平墊（共9組）將連接架固定在地盤上(圖二)（3）用M5X10的六角頭螺栓+彈墊+平墊（共5組）將主靠板固定在連接架上