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基于虚拟装配的硬币自动包装机设计方法(下)

其次，在移送方案的确定上可玻璃胶水以监听耳机有两种选择：(1)从包卷机构的上面接币，然后夹持直接竖直向下移动送到工作位置，见图3。这是很多公司所采用的实现方式，但是这样从接币位置到工作位置的移动，需要一个距离至少为5O枚厚度最大的硬币的高度(h=120ram)，从而会使包装机的高度增加，体积增大。(2)采用移送机械手从和包卷位置平行的某个位置接币，夹持。然后沿着一个圆弧旋转送到工作位置，见图2。文中采用方案(2)作为移动送币方案。

移送机械手实现了硬币摞从堆码机构到包卷机构的移送，这样设计的好处在于结构十分紧凑，因而装置的总体积可大幅度下降。却要求移送机械手要有很高的运动精度，能保证预定的运动轨迹。此外，移送机构、堆币机构、包装机构的空间干涉问题成为设计的难点。应用虚拟装配技术，可直观的让设根据矿产项目的后续生产进度计者在设计阶段就可以考虑后续的装配问题，运动的合理性等。

1．3 装配建模过程的关键问题

硬币包装机的装配建模实际上是对真实装配过程的模拟口]。通过虚拟装配技术在计算机中生成硬币包装机的数字化样机，在此基础上进行仿真实验。就硬币包装机整体设备而言，要在计算机中建立其装配模型，需寻求一条最优的装配路径。

1．3．1 确定装配层次

装配层次指硬币包装机总装配体的子装配体组成，装配层次可按照包装机功能单元划分。各部分零件均在Pro／E零件模块中进行参数化设计得到。

1．3．2 确定装配顺序

根据硬币包装机的各个零件的结构尺寸形式和各部件已成为国内外知名的行业品牌展现会之间的约束关系，确定整个设备的装配顺序。

1．3．3 确定装配约束

装配约束是确定基准件和其他组成件的定位及相互约束关系，主要由装配特征、约束关系和装配设计模型树组成。在Pro／E中零件装配，是在组件模块里实现，通过执行(元件)一(装配)命令，添加约束关系完成。图4为胶辊包装机构的子装配图。伸缩舞台

1．4 零部件的干涉检查与运动仿真

静态干涉检查和动态运动仿真是面向装配思想的关键技术。是可装配性检查的重要手段。

1．4．1 静态干涉检查

对装配体的静态干涉检查是指在特定装配结构形式下，检查装配体的各零部件之间的相对位置关系，分析是否发生干涉。通过对硬币自动包装机的静态干涉检查，可确认其各零部件的设计结构是否满足装配要求，以及各机构在空间布置的合理性。干涉检查通过Pm／E组件模块下[分析]菜单完成。检查可分层进行，即先在子装配中检查零部件之间的干涉，然后通过包封技术处理。在总装配中只需检查子组件之间的干涉情况。

若检查过程发现干涉现象，还需对所产生的干涉现象进行具体分析：

1)少数装配件干涉处确实有干涉现象，属于设计问题，经设计修改后，干涉现象消失；

2)组合件中的弹簧垫圈属于弹性元件，必然出现干涉现象，不必修改；

3)螺母与螺栓属于过盈配合，出现干涉属于正常现象；

4)若仅存在极小干涉，在实际装配过程中该干涉现象可以克服，不必修改。经过反复修改设计，在总体装配中检查模型不存在干涉。

1．4．2 动态运动仿真

在三维设计系统中进行设备的运动仿真的含义是：在设计过程中模拟所设计产品的运行情况，为设计评估提供依据。笔者采用Mechanism(机构动力学分析)仿真模块，实现对机构的定义，并通过机构中的零件相对位移，对其运动进行分析和研究。该过程主要包括：建立零件之间的连接及装配的自由度，对输入轴添加相应的电机驱动来产生设计要求的运动：观察、记录和分析机构运动过程的参数变化，如位置、力、测量图标等 。图5是机构运动仿真的工作流程。

以移送机械手为例说明动态仿真在硬币包装机优化设计中的应用。通过仿真实验可观察的移送机械手在运动过程中是否按照预定的轨迹(见图7)完成移送硬币的功能，与堆币机构、包卷机构是否发生碰撞。为使所观察的结果直观，便于分析，建立仿真实验的简化模型。将驱动电机添加到移送机械手传动轴，并设置好运动方向、速度、运动时间和显示帧数。分析运动过程，测量移送传动轴的角位移输出图(见图6)。图6中曲线代表的意义为：机械手调整好夹杆间距后，传动轴输出动力，机械手运动到堆币机构，堆币机构将完成堆币的套同旋转到机械手位置处，机械手夹持硬币返回。将仿真实验所得轨迹曲线与图7比较，可知该机构的运动过程满足设计要求。

2 结语

面向装配设计方法(DFA)的引入，可有效地的解决硬币包装机设计过程中的空间干涉等问题的分析，改变传统的。设计一实睑—设计”模式。由于在产品开发阶段就能在计算机虚拟环境中考虑整机的装配问题，并制作出供CAE分析需要的数字化样机，可实现对设计方案的分析和评价，显著缩短新产品的开发设计过程，节省设计费用，满足市场快速变化的需求。

(物理样机的制作，功能已实现，表明上述研究方法的可行性)

芮晓明 翟江兰 华北电力大学

《 包装工程 》

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