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編號 無錫太湖學院 畢業(yè)設計（論文） 題目： 一種新型的自動售貨機用取貨 箱的設計 信機 系 機械工程及自動化 專業(yè) 學 號： 　　　 0923175　　　　 學生姓名： 谷方林 指導教師： 陳偉明（職稱：副教授 ） （職稱： ） 2013年5月25日 無錫太湖學院本科畢業(yè)設計（論文） 誠 信 承 諾 書 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設計（論文） 一種新型的自動售貨機用取貨物的設計 是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的成果，其內容除了在畢業(yè)設計（論文）中特別加以標注引用，表示致謝的內容外，本畢業(yè)設計（論文）不包含任何其他個人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。 班 級： 機械94 學 號： 0923175 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 無錫太湖學院 　信 機　系 　機械工程及自動化 　專業(yè) 畢 業(yè) 設 計論 文 任 務 書 一、題目及專題： 1、題目　　 一種新型自動售貨機用取物箱的設計 　　 2、專題　 　 二、課題來源及選題依據(jù) 現(xiàn)階段市場上自動售貨機的取物箱主要的防盜方式是使位于取物箱后方的防盜板向上翻轉來封閉取物箱上部開口。此種方式優(yōu)點是實現(xiàn)方式簡單可靠，缺點是在同等條件下取物箱實現(xiàn)功能所需的高度比較高，不適宜現(xiàn)在越來越緊湊的設計要求。鑒于此類情況現(xiàn)需設計一新型的自動售貨機用取物箱，該取物箱可以有效降低設計高度，適合內部要求比較緊湊的售貨機。該取物箱主要由箱體、取物門、防盜板、聯(lián)動機構、運動輔助部件組成。主要實現(xiàn)的運動過程是當向內推動取物門時，通過聯(lián)動機構的傳動使防盜板由后向前平移，并封閉整個取物箱上部開口。整個取物箱主體尺寸控制在675mm （長）x 375mm（寬） x 335mm（高） 3、 本設計（論文或其他）應達到的要求： 設備性能符合主要技術數(shù)據(jù)。 1　 設備結構合理，易安裝、維護。 2　 設備運行安全可靠。 3　 英文資料翻譯要正確表達原文的含意，語句通順。設計說明書論文格式滿足學校相應的規(guī)范要求，內容完整，結構安排合理，語句通順。 四、接受任務學生： 機械94 班 　　姓名 谷方林 五、開始及完成日期： 自2012年11月12日 至2013年5月25日 六、設計（論文）指導（或顧問）： 指導教師　　　　　　　簽名 簽名 　　　　　　　簽名 教研室主任 　　　　　　〔學科組組長研究所所長〕　　　　　　　簽名 　　 　　系主任 　　　　　　簽名 2012年11月12日 V 摘 要 論文主要介紹了一種新型的自動售貨機用取物箱的設計過程。在設計過程中還綜合各方面因素對設計做了多次改進,簡述了自動售貨機的原理、分類以及內部結構與電子元件和國內外發(fā)展概況。就實際使用中所出現(xiàn)的因防盜板運動方式的不同所引起的取物箱高度過高而導致的取物箱體積增大的問題，提出了解決方法。運用PLC對自動售貨機的控制系統(tǒng)做了設計。新型的防盜板聯(lián)動機構具有結構簡單、運動平穩(wěn)、受力情況好、成本低、加工容易等優(yōu)點。新型取物箱的結構設計運用了機械設計、機械原理、材料力學、創(chuàng)新思維等多方面的知識，是對所學知識的一次綜合考驗。此次設計的取物箱大多數(shù)零件都是鈑金件，因此，為了完成這一設計，我學會了運用Solid Edge三維繪圖軟件，此軟件最大的優(yōu)點就是具有強大的鈑金件建模能力。此外，我還充分利用了AutoCAD軟件強大的參數(shù)化特征將設計圖形顯而易懂的呈現(xiàn)在大家面前。 關鍵詞:自動售貨機;取物箱;防盜板;鈑金;Solid Edge;AutoCAD;PLC Abstract This paper mainly introduced a new type of vending machine in the design process of take content box. Also synthesized various aspects factor in the design process to design does improved many times, has summarized the limiting condition and the domestic development survey which the vending machines，classification , the internal structure and electronic components ,the domestic and foreign development situation. According to the practical use of guard against theft occurred because of the different ways of plate movement caused by the content box highly exorbitant and take the lead to take content box the increase in size, solutions are put forward. I did the application of PLC control system of the vending machine to do the design The new security board linkage mechanism possesses simple structure, smooth movement, force of good, Low cost, easy processing. Take the new content box structure design using a mechanical design, mechanical principle, material mechanics, innovative thinking and so on various knowledge, is the knowledge of a comprehensive test.The design of the take content box is most parts metal sheet, Therefore, in order to finish the design, I learned to use Solid Edge 3D drawing software. Besides that I fully design the graph using the AutoCAD software formidable parametrization characteristic to reveal easy to understand present in front of us. Key words:Vending machine ;Take content box ;Security board;Sheet metal parts ;Solid Edge ;AutoCAD;PLC 目 錄 摘 要 III Abstract IV 1 緒論 1 1.1 課題來源 1 1.2 本課題的研究內容和意義 1 1.2.2 設計意義 1 1.3 自動售貨機的起源、興起和普及 1 1.3.1 起源 1 1.3.2 興起 2 1.3.3 自動售貨機產業(yè)的普及 2 1.4 自動售貨機在國內的發(fā)展 2 1.5 自動售貨機在國外的應用 3 1.6 自動售貨機在國外的市場發(fā)展 4 1.7 新型自動售貨機的新增功能 4 2 自動售貨機的分類 6 3 自動售貨機的結構與功能分析 7 3.1 結構 7 3.2 功能分析 8 4 自動售貨機的控制技術 10 4.1 PLC的系統(tǒng)結構 11 4.2 I/O分配表 11 4.3 PLC外部接線圖 12 4.4 梯形圖程序 13 5 取物箱的結構與作用 16 5.1 結構 16 6 取物箱不同防盜結構的比較 18 6.1 傳統(tǒng)取物箱防盜結構 18 6.2 改進后取物箱防盜機構 18 7 取物箱箱體結構的設計 20 8 取物箱材料的選擇 21 8.1 箱體材料的選擇 21 8.2 取物門與防盜板材料的選擇 21 8.3 取物門固定套材料的選擇 21 9 取物箱中力的計算 22 10 聯(lián)動軸扭矩計算 24 11 取物門旋轉角度的選擇 25 12 取物箱的三維效果 27 13 結論與展望 31 13.1 結論 31 13.2 存在的不足及對未來的展望 31 致 謝 32 參考文獻 33 一種新型的自動售貨機用取物箱的設計 1 緒論 1.1 課題來源 自動售貨機是可完成無人自動售貨,集光、機、電一體化的商業(yè)自動化設備。自動售貨機不受任何場地限制,方便快捷,很多城市的公共場所里面都放置有自動售貨機。從自動售貨機的發(fā)展趨勢來看，它的出現(xiàn)是由于勞動密集型的產業(yè)構造向技術密集型社會轉變的產物。大量生產、大量消費以及消費模式和銷售環(huán)境的變化，要求出現(xiàn)新的流通渠道；而相對的超市、百貨購物中心等新的流通渠道的產生，人工費用也不斷上升；再加上場地的局限性以及購物的便利性等這些因素的制約，無人自動售貨機作為一種必須的機器便應運而生了。 可編程序控制器(PLC)是綜合了計算機技術、自動控制技術和通訊技術而發(fā)展起來的一種新型的工業(yè)控制裝置,它具有可靠性高、編程簡單、維護方便等優(yōu)點,已在工業(yè)控制領域得到廣泛地應用。本課題實現(xiàn)自動售貨機的取物箱的防盜裝置和聯(lián)動機構的設計更為緊湊，比較大程度的減少取物箱的體積。 自動售貨機行業(yè)長期以來在美國、日本等國家得到迅猛發(fā)展，目前已在45個國家得到廣泛普及。據(jù)業(yè)內人士估計，中國的自動售貨機擁有量僅有2萬臺，相對于13億的人口大國和零售業(yè)態(tài)發(fā)展的趨勢而言，中國自動售貨機行業(yè)的發(fā)展空間將更加廣闊。 可編程序控制器( PLC)是綜合了計算機技術、自動控制技術和通訊技術而發(fā)展起來的一種新型的工業(yè)控制裝置，它具有可靠性高、程序簡單、維護方便等優(yōu)點，已在工業(yè)控制領域得到廣泛地應用，因為自動售貨機作為社會上完成商品零售和綜合服務的獨立設施，要求它的結構必須可靠、穩(wěn)定和執(zhí)行效率高。一種新型的自動售貨機用取物箱的設計保證自動售貨機能夠長期安全穩(wěn)定運行。本文就詳細地介紹PLC實現(xiàn)的自動售貨機控制系統(tǒng)的硬件設計和軟件設計，新型的取物箱的設計過程。 1.2 本課題的研究內容和意義 1.2.1 研究內容 設計一種新型的自動售貨機用取物箱，主要是將傳統(tǒng)的向上翻轉的防盜板改變?yōu)槠揭剖椒辣I板，該取物箱可以有效的降低設計高度，有效節(jié)約設計空間，適用于售貨機比較緊湊的內部空間，從而可有效降低取物箱的高度。 1.2.2 設計意義 降低取物箱的高度可以減少它所占的體積，從而可以為物品展示區(qū)和儲物箱騰出更多的空間，這樣一來，自動售貨機可以為消費者提供更多的商品，提高單臺售貨機的銷售量，為企業(yè)創(chuàng)造更多的經濟利潤！ 1.3 自動售貨機的起源、興起和普及 1.3.1 起源 自動售貨機的歷史，可一直追溯到遠古時代的埃及。亞歷山大的科學家HERON在其所著的《氣體裝置(PNEUMATIKA)》中描述，只要將錢幣投入該裝置，水就會自動流出來。這就是自動售貨機的起源，大約在公元前215年左右，埃及寺院中就安裝了這種裝置，用來銷售“神圣之水(圣水)”。 1.3.2 興起 日常生活中最重要的是方便，自動售貨機最早出現(xiàn)在二十世紀五六十年代的西歐，當時在美國的地鐵中，人們可以用1美分在自動售貨機上買到一塊口香糖。 第二次世界大戰(zhàn)后，經濟開始復興的1957年，以日本作為代表，開發(fā)出了飲料自動售貨機。只要在飲料自動售貨機中投入10日元，就會在紙杯內注入一定量的果汁。由于機器的上部安裝有引人注目的噴水裝置，所以該自動售貨機被稱為“噴水型果汁自動售貨機”，自此出現(xiàn)了爆發(fā)性的自動售貨機狂潮。此種噴水型果汁自動售貨機為消費者帶來了新奇、前衛(wèi)的購買方式，并對之后日本的自動售貨機高度普及起到了很大的作用。之后登場的是可樂自動售貨機。隨著美國大型可樂公司正式進駐日本市場，到了1960年代中期，罐裝飲料自動售貨機也登場了。自動售貨機的活躍表現(xiàn)對可樂銷量的驚人增長貢獻巨大。同時，優(yōu)秀的自動售貨機市場戰(zhàn)略、操作技巧等都對日本的自動售貨機產業(yè)的發(fā)展產生了很大的影響。1962年，作為流通領域革命的使者，拉開了自動售貨機的序幕。一開始是瓶裝飲料自動售貨機。1967年，100日元單位以下的貨幣全部改為硬幣，從而促進了自動售貨機產業(yè)的發(fā)展。 自動售貨機在日本被親切地稱為“微型小店”?！拔⑿托〉辍背鍪鄣纳唐罚瑥目Х?、香煙、各種酒類已經發(fā)展到部分日常生活用品，就連報紙、大米、郵票、明信片、電池、錄像帶等也可以自動出售?，F(xiàn)在，自動售貨機除路旁以外，已進入學校、工廠、醫(yī)院、游戲廳、麻將館、影劇院等公共場所。作為世界上最大的自動售貨市場，日本已有560萬臺，通過自動售貨機出售的商品多達6000余種，年營業(yè)額7兆1122億日。每年，僅飲料的銷售額相當于1593億元人民幣，按人口計算，每23人就擁有1臺自動售貨機，平均每人在自動售貨機上的消費達56000日元。 1.3.3 自動售貨機產業(yè)的普及 隨著經濟的發(fā)展、人們對富裕生活的不斷追求，自動售貨機開始迅速普及。由于經濟的高度成長，建立了消費物品的大量生產體制，同時需要與之相適應的大規(guī)模物流方式，滿足這一需求的就是自動售貨機和超級市場。在作為主力商品的飲料領域中，隨著罐裝咖啡的出現(xiàn)，誕生出了世界首例可銷售冷、熱飲料的冷熱罐裝飲料自動售貨機，這向普及邁出了一大步。由于冷熱罐裝飲料自動售貨機的推廣，流通行業(yè)可提高設備設置的空間利用率，并能在全年內取得均衡的銷售額。在原料加工后用紙杯等進行銷售的杯式自動售貨機領域中，從速溶咖啡機、普通咖啡機、甚至是能夠在機器內部磨好咖啡豆后加牛奶的普通咖啡機，快速應對著消費者嗜好的變化。 1.4 自動售貨機在國內的發(fā)展 隨著我國經濟的快速發(fā)展，人們的生活方式發(fā)生了巨大的變化，人們的生活節(jié)奏也越來越快！于是一種既節(jié)約時間又方便快捷的消費理念出現(xiàn)在了我們的面前，那就是自動售貨。在這一思想的指導下，自動售貨機應運而生，它的出現(xiàn)極大的方便了我們的生活。自動售貨機是能根據(jù)投入的錢幣自動付貨的機器。自動售貨機是商業(yè)自動化的常用設備，它不受時間、地點的限制，能節(jié)省人力、方便交易。是一種全新的商業(yè)零售形式，又被稱為24小時營業(yè)的微型超市。能分為三種：飲料自動售貨機、食品自動售貨機、綜合自動售貨機。 在許多公共場所都能看到它的身影，比如，機場、車站、碼頭、地鐵口、商業(yè)街、校園、辦公寫字樓、居民生活小區(qū)、游樂場以及一些大型的公司內部。 適銷的商品更是五花八門、種類繁多，只要是各種標準化的商品，都可通過自動售貨機予以銷售。我們相信，隨著我國經濟的持續(xù)發(fā)展，人民消費水平的不斷提高，對自動售貨機的需求必將越來越多、越來越廣泛。 現(xiàn)在，自動售貨機產業(yè)正在走向信息化并進一步實現(xiàn)合理化。例如實行聯(lián)機方式，通過電話線路將自動售貨機內的庫存信息及時地傳送各營業(yè)點的電腦中，從而確保了商品的發(fā)送、補充以及商品選定的順利進行。并且，為防止地球暖化，自動售貨機的開發(fā)致力于能源的節(jié)省，節(jié)能型清涼飲料自動售貨機成為該行業(yè)的主流。在夏季電力消費高峰時，這種機型的自動售貨機即使在關掉冷卻器的狀況下也能保持低溫，與以往的自動售貨機相比，它能夠節(jié)約10－15%的電力。進入21世紀時，自動售貨機也將進一步向節(jié)省資源和能源以及高功能化的方向發(fā)展。 除此之外，自動售貨機內部空間的布局也發(fā)生了很多變化，為了追求儲物空間的最大化，必須控制其余部件所占的體積，取物箱的結構設計就是其中之一。傳統(tǒng)取物箱結構的最大缺點就是高度過高，占用了自動售貨機內部過多的空間，這主要是由防盜方式所引起的，現(xiàn)階段市場上自動售貨機的取物箱主要的防盜方式是使位于取物箱后部的防盜板向上翻轉來封閉取物箱上部開口。此種方式的優(yōu)點是實現(xiàn)方式簡單可靠，缺點是在同等條件下取物箱實現(xiàn)功能所需的設計高度比較高（必須留出取物門與防盜板翻轉所需的高度空間）不適宜現(xiàn)在越來越緊湊的設計要求。鑒于此類情況現(xiàn)需設計一新型的自動售貨機用取物箱，此次我的畢業(yè)設計就是重新設計取物箱的防盜機構，該取物箱主要由取物箱箱體、取物門、防盜板、聯(lián)動機構、運動輔助部件（滑動軌道等）組成。主要實現(xiàn)的運動過程是當向內推動取物門時，通過聯(lián)動機構的傳動使防盜板由后向前平移，并封閉整個取物箱上部開口，在整個運動過程中要使防盜板的平移速度盡可能的快于取物門的開啟速度。 1.5 自動售貨機在國外的應用 自動售貨機是勞動密集型的產業(yè)構造向技術密集型社會轉變的產物。大量生產、大量消費以及消費模式和銷售環(huán)境的變化，要求出現(xiàn)新的流通渠道;而相對的超市、百貨購物中心等新的流通渠道的產生，人工費用也不斷上升;再加上場地的局限性以及購物的便利性等這些因素的制約，無人自動售貨機作為一種必須的機器便應運而生了。 　　自動售貨機在國外早已很普及，大街上、公寓里到處都是。在美國、日本和整個歐洲，自動售貨機的應用領域已經擴展至小食品、冷熱飲料、快餐、游戲軟件、香煙、報紙、郵票、電話磁卡以及個人衛(wèi)生用品等各個方面。其中，日本的自動售貨機應用方面具有代表性。自動售貨機已成為日本城市喧囂街頭的一個標志。這種機器已不僅限于銷售香煙等各類商品，還提供許多新的服務功能，例如把零錢捐給某非政府組織，或者通過觀看小屏幕播放的廣告信息而獲得打折等。通過一種新的自動售貨機，消費者哪怕只購買一杯熱咖啡也可獲得折扣，因為在機器加熱咖啡的過程中，液晶顯示屏上會播放一段廣告，消費者只需耐心看完廣告就可獲得打折。還有一些新機型可以接受向非政府組織的捐款。目前，日本街頭已有1萬多臺可接受捐款的自動售貨機，但需求量依然很大。還有一種機型，當身體健康處于危險狀態(tài)的使用者按動按鍵時，機器就會發(fā)出警報聲。此外，日本最主要的一家飲料分銷商還與政府簽訂協(xié)議，推出了“災害應急型”自動售貨機。當?shù)卣鸬茸匀粸暮Πl(fā)生時，中心電腦處理系統(tǒng)會向自動售貨機發(fā)出指令，市民可從機器中免費提取飲料和食品。 1.6 自動售貨機在國外的市場發(fā)展 目前，自動售貨機作為一種不同于傳統(tǒng)的零售方式進入四十五個國家市場。在這四十五個國家中，美國和日本發(fā)展最快。在國外主要是以飲料廠家引導，帶動自動售貨機的發(fā)展。作為世界上最大的自動售貨市場，日本通過自動售貨機出售的商品多達6000余種。在歐洲每臺自動售貨機日銷售額達到50到100美元不等，以巴黎地鐵車站為例，在各個站點總計擺放了1500臺，每月銷售額達600萬法郎。美國自動售貨機的零售營業(yè)額高達293億美元，日本每個消費者每年在自動售貨機上的消費金額達5.5萬日元。全世界每年通過自動售貨機銷售商品的總額已達2000億美元。 1.7 新型自動售貨機的新增功能 1.7.1 多種貨幣識別功能： 電控系統(tǒng)可以配合紙幣、硬幣識別器增加代金券功能，可以識別紙質和硬幣。 1.7.2 USB功能： 　 應用USB技術，使用一個優(yōu)盤，就能輕松下載售貨機的運營信息，然后使用PC機對下載的數(shù)據(jù)進行處理，便于運營商掌握不同地區(qū)、不同機器、不同商品的售賣情況。 1.7.3 無線網絡運營管理功能： 　　將自動售貨機當前運營的數(shù)據(jù)，包括系統(tǒng)狀態(tài)、系統(tǒng)故障、料道故障、缺貨情況、銷售數(shù)據(jù)通過安裝在自動售貨機上的GPRS模塊無線傳輸?shù)绞圬洐C網絡服務器，運營人員可以在任何一臺聯(lián)網的電腦上掌握售貨機的這些信息，實現(xiàn)自動售貨機的大規(guī)模運營和網絡化管理。 1.7.4 帶有攝像頭： 一些裝有監(jiān)視攝像頭的自動售貨機已開始試用，它們除了可監(jiān)控針對售貨機的犯罪外，還對周邊起到了警戒作用。此外，有關部門計劃給自動售貨機裝上電子公告牌，使其能在自然災害等緊急情況發(fā)生時，為公眾提供信息服務。 1.7.5 語音功能： 自動語音叫賣功能,真正做到了代替營業(yè)員的叫賣,從而引起更多的消費者的關注。 1.7.6 故障診斷: 能自動快速診斷機器本身、紙幣接收器、硬幣接收器等模塊的故障，并將故障信息提示操作者，便于有效的日常維護。 伴隨收入水平的提高，人們追求靈活、方便、快捷以及自助式服務是自動售貨機得以如此迅猛發(fā)展的主要原因。在發(fā)達國家自動售貨機已經成為零售業(yè)一個不可分割的部分，特別是對青年一代，這種伴隨其成長的前衛(wèi)零售方式更可謂是一種新的消費時尚?，F(xiàn)代都市生活的節(jié)奏日趨加快，追求方便、快捷的服務成為人們的一種時尚，以麥當勞、肯德基為代表的的西式快餐在我國的迅速發(fā)展就是很好的例子。隨著對外開放的不斷擴大，傳統(tǒng)的零售業(yè)發(fā)展成百貨商店、連鎖超市、電視直銷、廠家直銷等多種方式并存的局面，極大地方便了人們的生活。 2 自動售貨機的分類 隨著科學技術的飛速發(fā)展和市場的不斷繁榮各種投幣式自動售貨及服務機具已經風靡世界發(fā)達國家。這些采用現(xiàn)代電子技術和機電技術的自動服務設施，以其實用方便的特性受消費者的喜愛。 2.1 投幣式自動售貨機 所謂投幣式自動售貨機，是通過顧客自行投幣、按鍵和取貨即可完成自動售貨并可自動退幣找零的一種商品銷售設備。它本身備有待售出商品的貯存腔體并可制冷制熱，有商品樣品的展示部位和售價標識、電腦識幣和計價退幣控制系統(tǒng)、顧客選擇按鈕及商品推出機構等，完成商品出售的一連串動作，是集現(xiàn)代科技光、機、電一體化的產品。有人說，以其采用電腦程序控制的機構功能和自動完成商品出售的系列動作來看 ,可謂是一種代替小型商店、代替售貨員功能的“現(xiàn)代化商用型智能機器人”。 自動售貨機常用來出售易拉罐冷熱飲料、啤酒、香煙、小食品和小商品等,也有象雪糕、玩具、牙具、香皂、雜志、報紙等的自動售出機具?？傊彩莾r格不太高、投幣數(shù)適合、有定型包裝的商品均可采用投幣自動售出方式來完成。 2.2 投幣式自動售票機 投幣式自動售票機是顧客投幣后，能自動完成售出各種票、券、證、卡功能的設備。如自動售出地鐵車票、電汽車票、各種磁卡、郵票、影劇娛樂入場券、餐券等。投幣式自動服 務機是顧客投幣后，能自動完成各種社會服務功能的設備。如投幣自動計時電話機、計量加油機、定時洗衣機、游戲機、自動照像裝置等服務機具。 2.3 鈔幣自動兌換機 鈔幣自動兌換機是為投幣自動售貨機、售票機、服務機具提供換幣服務的一種附屬設備，可自動完成紙鈔對硬幣的兌換功能。由于自動售貨機等設備必須用投入的硬幣來實現(xiàn)售貨和退幣找零功能，因此顧客使用紙鈔購物時，必須先自行兌換成硬幣再投入到自動售貨機中鈔幣兌換機的作用正在于此。此外，自動兌換機還可完成大面額紙鈔對小面額紙鈔的自動兌換等。 2.4 商品化標準電子識幣器 商品化標準電子識幣器是作為一種獨立機構，完成不同種類的紙鈔硬幣真?zhèn)巫R別、計數(shù)輸出并有退幣找零功能的標準化產品。由于紙鈔硬幣面值的不同，因此識幣器的電氣識別方式各異。而各種售貨機、售票機、服務機具的功能不同，也需要簡繁各異的多類型、多功能的識別退幣系統(tǒng)和相對獨立、靈活配套的商品化標準識幣器。例如有紙鈔型識幣器，單幣種識幣器，雙幣種共用、三或四幣種共用識幣器、單功能單幣種（不退幣）簡易型識幣器等，使識幣這種關鍵機構更經濟、更實用。在自動售貨機應用生產較普及的國家，識幣技術為專利技術，識幣器的生產制造也由指定的大型專業(yè)廠家配套供應其他自動售貨機生產廠使用。 3 自動售貨機的結構與功能分析 3.1 結構 自動售貨機作為社會上完成商品交易和公益服務的獨立設施, 要求它的結構必須嚴謹齊備。而為實現(xiàn)各種不同需要, 在外型尺寸和外觀造型上必須適應現(xiàn)代商品社會的整體和諧。就自動售貨機整體外型而言, 可分成大型柜式、中型箱式、小型壁掛式和微型座式機四種。 3.1.1 箱體外觀 正面上部為商品展示窗和價格標簽中部設投幣入口、退幣鈕和金額顯示窗在價格標簽附近設有選擇商品的按鍵正面下部為退幣口和顧客取貨口。自動售貨機箱體, 必須堅固防盜、高雅美觀、防雨通風等。面向顧客的機具正面, 是完成商品價格介紹、接受投幣、顯示金額、推出商品和退幣整個售出過程的表體部分。 3.1.2 商品樣品 展示窗由透明有機板窗、樣品展示架、商品價格標簽、選購按鈕和照明燈組成, 設在前門體里部的可開啟樣品門, 用來更換商品樣品和價格標簽。展示窗相當于商店櫥窗或者柜臺, 以清晰明亮的商品展示和明碼標價來招攬顧客。 3.1.3 商品貯存部分 設有保溫內箱和保溫門,內部有可垂直排放各種同類產品的格架, 根據(jù)機種設計尺寸的不同, 貯存商品種類和數(shù)量也不同。商品垂直方式貯存, 便于利用商品自重將其方便推出設有保溫裝置則可實現(xiàn)商品冷藏保鮮貯備。 3.1.4 商品驅動機構 根據(jù)售出商品包裝類型的不同, 采用機電結構的驅動技術可分成三種第一種為圓柱型商品如易拉罐、酒瓶等的電磁閥帶動翻板的驅動方式第二種為六方體型商品如香煙、紙盒包裝品等的微電機帶動連桿平推的驅動方式第三種為對薄形片狀商品如磁卡、票券等的微電機帶動捻拉機構的驅動方式。上述三種驅動方式都以平穩(wěn)的推出動作, 使貯存排放的商品落到取貨口中, 便于顧客方便地取走所購商品。 3.1.5 電子識幣系統(tǒng) 由電子識幣器、識幣后的鈔幣自動分類貯存機構和退幣機構三部分組成。它作為一個可獨立被采用的機構, 可以識別鈔幣真?zhèn)? 并將分類貯存的不同種貨幣推出, 實現(xiàn)退幣找零的功能, 是自動售貨機的關鍵技術。 3.1.6 微電腦控制系統(tǒng) 是自動售貨機在自動銷售過程中, 收到識幣信號后, 自動進行累計、外部金額顯示、顧客按鍵后自動推出商品和發(fā)出退幣找零等信號的電控系統(tǒng)。同時, 該系統(tǒng)還具備預設價格、售出累計、驅動檢測和故障自檢等功能, 是“ 售貨機器人”的“ 大腦” 。 3.1.7 整機電源和照明系統(tǒng) 具備穩(wěn)壓、變壓分配、防干擾防漏電等保護功能和樣品展示窗的照明。 3.1.8 制冶、制熱系統(tǒng) 根據(jù)商品保存的需要制冷或制熱, 在保溫貯存室內, 實現(xiàn)商品恒溫貯存。 自動售貨機如圖3.1所示： 圖3.1 自動售貨機 3.2 功能分析 這部分闡述了自動售貨機的各種動作功能和控制要求，給出了完整的自動售貨機操作規(guī)程，并介紹了自動售貨機運行系統(tǒng)種所包括的人工操作步驟。 在進行上、下位機程序編寫之前，首先要做的工作是確定自動售貨機本身所具備的功能及在進行某種操作后所具有的狀態(tài)。 在實際生活中，我們見到的售貨機可以銷售一些簡單的日用品，如飲料、常用藥品和小的生活保健用品等。售貨機的基本功能就是對投入的貨幣進行運算，并根據(jù)貨幣數(shù)值判斷是否能夠購買某種商品，并作出相應的反應。舉一個簡單的例子來說明，例如：售貨機中有8中商品，其中01號商品（代表第一種商品）價格為2.60元，02商品為3.50元，其余類推?，F(xiàn)投入1個1元硬幣，當投入的貨幣超過01商品的價格時，01商品的選擇按鈕處應有變化，提示可以購買，其他商品同比。當按下選擇01商品的價格時，售貨機進行減法運算，從投入的貨幣總值中減去01商品的價格同時啟動相應的電機，提取01號商品到出貨口。此時售貨機繼續(xù)進行等待外部命令，如繼續(xù)交易，則同上，如果此時不再購買而按下退幣按鈕，售貨機則要進行退幣操作，退回相應的貨幣，并在程序中清零，完成此次交易。由此看來，售貨機一次交易要涉及加法運算、減法運算以及在退幣時的除法運算，這是它的內部功能。還要有貨幣識別系統(tǒng)和貨幣的傳動來實現(xiàn)完整的售貨退幣功能。 自動售貨機的工作流程圖如圖2： 圖3.2 動售貨機工作流程圖 4 自動售貨機的控制技術 本自動售貨機可使用1元、2元、5元硬幣，計幣時用ADD指令進行累加從而得到一個投幣總額；比較幣值時使用CMP指令來判斷是否符合汽水排出、可樂排出或咖啡排出的條件；余額計算時用SUB指令從投幣總額中扣除顧客所消費的幣值總額；退幣計算時用到觸點型比較指令。 PLC選用繼電器輸出型,實現(xiàn)控制程序的跳轉。 退幣結束時，使用ZRST指令進行購買完成的復位，以準備下一個顧客購買飲料，防止出現(xiàn)錯誤。 自動售貨機工作流程圖如圖4.1所示。 開始 投幣 投幣計數(shù) 金額計算 N N Y Y Y N N 余額為0 余額為0 余額為0 可買嗎 選擇汽水 選擇可樂 計算余額 計算余額 選擇咖啡 計算余額 退幣程序 退幣程序 退幣程序 輸出可樂 輸出汽水 輸出咖啡 余額=0？ 余額=0？ 余額=0？ 圖4.1 自動售貨機工作流程圖 4.1 PLC的系統(tǒng)結構 目前PLC種類繁多，功能和指令系統(tǒng)也都各不相同，但都是以微處理器為核心用做工業(yè)控制的專用計算機，所以其結構和工作原理都大致相同，硬件結構與微機相似。主要包括中央處理單元CPU、存儲器RAM和ROM、輸入輸出接口電路、電源、I/O擴展接口、外部設備接口等`。其內部也是采用總線結構來進行數(shù)據(jù)和指令的傳輸。 如圖4.2所示，PLC控制系統(tǒng)由輸入量—PLC—輸出量組成，外部的各種開關信號、模擬信號、傳感器檢測的各種信號均作為PLC的輸入量，它們經PLC外部輸入端子，作為PLC的輸出量對外圍設備進行各種控制。由此可見，PLC的基本結構有控制部分輸入和輸出組成。 圖4.2 PLC硬件結構圖 4.2 I/O分配表 此控制系統(tǒng)可采用自動工作方式，輸入信號為汽水、可樂、咖啡選擇，1元、2元、5元硬幣投入識別口記數(shù)手動復位按鈕；輸出信號為汽水、可樂、咖啡出貨電機控制、出幣選擇燈及相應指示燈，共18個輸入點，16個輸出點，均為開關量。I/O地址定義如表4-1所示。 表4-1 分配表 輸入點地址 功能 輸出點地址 功能 X0 啟動 Y0 汽水選擇燈 X1 暫停 Y1 汽水出貨電機控制 X2 1元輸入 Y2 可樂選擇燈 X3 2元輸入 Y3 可樂出貨電機控制 13 X4 5元輸入 Y4 咖啡選擇燈 X5 汽水選擇 Y5 咖啡出貨電機控制 X6 可樂選擇 Y6 1元傳動電機控制 X7 咖啡選擇 Y7 2元傳動電機控制 X10 1元退幣感應器 Y10 出幣選擇燈 X11 2元退幣感應器 Y11 制冷控制 X12 出幣選擇 Y12 照明控制 X13 溫度傳感器 Y13 1元缺幣報警 X14 光度傳感器 Y14 2元缺幣報警 X15 1元硬幣傳感器 Y15 缺貨報警 X16 1元硬幣傳感器 Y16 X17 缺貨傳感器 Y17 4.3 PLC外部接線圖 圖4.3 PLC外部接線圖 4.4 梯形圖程序 13 圖4.4 自動售貨機梯形圖 15 5 取物箱的結構與作用 5.1 結構 1. 取物箱箱體 ： 取物箱的主體結構，控制了取物箱的整體體積，其他部件也都安裝在箱體之上。 2. 取物門：物品掉落在箱體內，通過推動取物門來拿取商品。 3. 防盜板：取物門被推開后，帶動防盜板運動，將取物箱與售貨機內部隔開，起到防盜與保護的作用。售貨機內部有許多電子元件，由于涉及到錢幣的識別與存儲，這些都是非常重要的，但是由于取物箱上部存在開口，有時會有人用細桿掏內部，這樣會損壞售貨機內部電子元件，也會使部分商品掉落下來，這樣售貨機就會被破壞了。為了解決這一問題，防盜板就應運而生，它可以在打開取物門時將取物箱上部的開口封閉起來，起到保護與防盜的作用。 4. 聯(lián)動機構：將取物門的旋轉運動轉化為防盜板的運動。 5. 移動板固定裝置：移動板的固定裝置，使聯(lián)動機構能夠平穩(wěn)順利的運動。 取物箱的結構如圖5.1所示： I 圖5.1 取物箱的結構 5.2 作用 作為自動售貨機內的一個至關重要的組成部分，取物箱是自動售貨機的整個售貨過程的終端，它能否安全順利的運作關乎到整個售貨過程的成敗。當消費者完成商品的選定以后，自動售貨機接受到命令，通過控制程序，商品會掉落到取物箱內，這一系列動作完成后，消費者就可以推開取物門拾取自己所購買到的商品，從而完成交易。 17 6 取物箱不同防盜結構的比較 6.1 傳統(tǒng)取物箱防盜結構 現(xiàn)階段市場上自動售貨機的取物箱主要的防盜方式是使位于取物箱后部的防盜板向上翻轉來封閉取物箱上部開口。此種結構的有點是實現(xiàn)方式簡單可靠，缺點是在同等條件下取物箱實現(xiàn)功能所需的高度比較高，不適宜越來越緊湊的設計要求。 結構簡圖如圖6.1所示： 圖6.1 傳統(tǒng)取物箱側視圖 當推動取物門旋轉時，右邊的防盜板會向上翻轉，實現(xiàn)封閉取物箱上部開口的目的。但是這一動作有一個非常大的缺點，就是當兩門向內翻轉時容易將箱體內較大的物品夾住，使取物門無法正常打開，消費者也就不能拿到已買到的商品，這一問題會大大影響自動售貨機的正常運作，會降低銷售量。 6.2 改進后取物箱防盜機構 該取物箱防盜機構的運動過程是當消費者向內推動取物門拿去商品的時候，通過聯(lián)動機構的傳動使防盜板在取物箱的上開口處由后向前做平移運動，并封閉整個取物箱上部開口。 機構運動簡圖如圖6.2所示： 圖6.2 采用平動防盜板取物箱聯(lián)動機構簡圖 7 取物箱箱體結 y構的設計 本次我設計的取物箱主要是對防盜板進行改進，傳統(tǒng)的防盜板是豎直放置的，所占空間較大，為了改善這一缺點，我將防盜板水平放置在箱體的上部。當取物門旋轉后，聯(lián)動機構帶動防盜板向前運動，因此，防盜板在箱體上部只做前后平移運動。所以取物箱上部必須留出放置防盜板以及供其運動的空間。 主要由鈑金件和部分小零件組成，其中主要部件有：前旋轉門板，上平動防盜板，兩側護板和一塊較大的折彎連接板。其中連接前旋轉門板和平動防盜板的聯(lián)動機構是由兩根聯(lián)動桿和一塊移動的長窄板組成。當前旋轉門板被轉動后，通過聯(lián)動機構的運動可帶動防盜板的移動。 取物箱上部開口的寬度為防盜板寬度的兩倍，當防盜板位于箱體后側時，前部留出的開口可以讓商品掉落在取物箱內。為了防止防盜板過度移動，箱體的后側會比防盜板略高。 為了能節(jié)約空間和材料，我并沒有把箱體設計成長方體。如果設計成長方體，取物箱的容積雖然可以增大，但是這并沒有實際意義，反而會造成拿取商品不方便的后果。因此，我設計的取物箱從側面看是一個直角梯形，后側面形成的斜度可以使商品掉落后集中在箱體內側的前部，這樣就能讓消費者方便地拿取。 當我們推開取物門后，圓柱體狀的瓶裝飲料很容易從取物箱內滾落下來，為了解決這一問題，我在箱體前方下側加裝了擋板，這樣就能很好地解決這一問最終箱體結構如圖6所示： 圖7.1 取物箱箱體結構 8 取物箱材料的選擇 8.1 箱體材料的選擇 此次取物箱的材料選擇的是鈑金件，鈑金具有重量輕、強度高、導電（能夠用于電磁屏蔽）、成本低、大規(guī)模量產性能好等特點，目前在電子電器、通信、汽車工業(yè)、醫(yī)療器械等領域得到了廣泛應用，例如在電腦機箱、手機、MP3中，鈑金是必不可少的組成部分。 常用的鈑金材料有： 1. 普通冷軋板 SPCC SPCC是指鋼錠經過冷軋機連續(xù)軋制成要求厚度的鋼板卷料或片料。SPCC表面沒有任何的防護，暴露在空氣中極易被氧化，特別是在潮濕的環(huán)境中氧化速度加快，出現(xiàn)暗紅色的鐵銹，在使用時表面要噴漆、電鍍或者其他防護?！? 2. 鍍鋅鋼板SECC SECC的底材為一般的冷軋鋼卷，在連續(xù)電鍍鋅產線經過脫脂、酸洗、電鍍及各種后處理制程后，即成為電鍍鋅產品。SECC不但具有一般冷軋鋼片的機械性能及近似的加工性，而且具有優(yōu)越的耐蝕性及裝飾性外觀。在電子產品、家電及家具的市場上具有很大的競爭性及取代性。例如目前電腦機箱普遍使用的就是SECC。 3. 熱浸鍍鋅鋼板SGCC 熱浸鍍鋅鋼卷是指將熱軋酸洗或冷軋后之半成品，經過清洗、退火，浸入溫度約460°C的溶融鋅槽中，而使鋼片鍍上鋅層，再經調質整平及化學處理而成。SGCC材料比SECC材料硬、延展性差（避免深抽設計）、鋅層較厚、電焊性差?！? 4. 不銹鋼SUS301 Cr（鉻）的含量較SUS304低，耐蝕性較差，但經過冷加工能獲得很好的拉力和硬度，彈性較好，多用于彈片彈簧以及防EMI?！? 5. 不銹鋼SUS304 使用最廣泛的不銹鋼之一，因含Ni（鎳）故比含Cr（鉻）的鋼較富有耐蝕性、耐熱性，擁有非常好的機械性能，無熱處理硬化現(xiàn)象，沒有彈性。 因此，通過對上述材料的比較，此次取物箱箱體材料選用熱浸鍍鋅鋼板SGCC。 8.2 取物門與防盜板材料的選擇 為了降低取物箱的重量，取物門與防盜板將使用塑料，選擇的塑料為：聚甲醛（POM），該材料具有良好的綜合性能。強度、剛性、沖擊、疲勞、蠕變等性能均較高，減摩耐磨性能良好，吸水性小，尺寸穩(wěn)定性好；聚四氟乙烯等填充的，其減摩耐磨性能更好，PV值更高，可用纖維增強，這種材料多用于減摩耐磨的場合及傳動件。使用這一材料可以有效降低各零件間的摩擦阻力，提高工作效率。 8.3 取物門固定套材料的選擇 固定套只是起到不讓墊片和聯(lián)動桿滑落的作用，受到的軸向力比較小，幾乎可以忽略不計，因此我選擇了丁苯橡膠，它有以下的優(yōu)點：耐磨性較突出，耐老化和耐熱性超過天然橡膠，加工性能良好，強伸性高。  9 取物箱中力的計算 下滑道由兩根螺栓固定在右側板上，當聯(lián)動機構運動時，聯(lián)動板同時受到向右和向下的作用力，其中向下的力會轉化到兩個螺栓上，螺栓會收到擠壓力和剪切力。受力圖如圖9.1所示： 圖9.1 螺栓受力圖 假設用F=100N的力來推動取物門，力的作用點在門的中間，取物門高度為L=230mm，聯(lián)動桿1的長度L’為180mm 門上的力轉化到聯(lián)動桿1上后的大?。? （9.1） 所以 的力可以分解為豎直向下的力和水平向右的力 （9.2） 作用力將作用在固定下滑道的螺栓上 螺栓將收到擠壓力和剪切力，每根螺栓所收到的力為： （9.3） 所以螺栓將受到擠壓力和剪切力 擠壓應力： （9.4） 剪切應力： （9.5） 查機械設計手冊得該螺栓的許用剪切應力為10MPa，因此該螺栓符合要求。 10 聯(lián)動軸扭矩計算 聯(lián)動桿2旋轉中心到下滾輪的距離 （10.1） 作用在圓桿上的扭矩為： （10.2） 抗扭截面系數(shù)： (10.3) \扭剪應力： (10.4) 圓桿選用45鋼 由于表的,得，從而滿足強度要求。 11 取物門旋轉角度的選擇 自動售貨機所售賣的物品多為瓶裝飲料，飲料瓶的形狀為圓柱體，尺寸多為直徑70mm,高度200至220mm，為了能讓一個成年人方便而又舒適地取出飲料，轉門必須打開一定的角度，留出拿取飲料的空間。如圖11.1所示： 圖11.1 取物門打開側面效果圖 此次設計： 取物門高度為L=230mm 當取物門打開一定的角度后，出現(xiàn)一個開口， 水平距離為： (11.1) 豎直距離為： (11.2) 此次設計我取轉門的旋轉角度為，所以 水平距離為： 豎直距離為： 取物門打開后留出的體積大致可以算作 (為門的寬度) 飲料瓶的體積為: 所以取物門開啟后留出的體積遠遠大于飲料瓶的體積，能夠滿足拿取商品的要求。 當自動售貨機所賣的商品體積較大時可以選擇更大的角度，使取物門能夠開啟更大，方便拿取。 12 取物箱的三維效果 Solid Edge是Siemens PLM Software公司旗下的三維CAD軟件，采用Siemens PLM Software公司自己擁有專利的Parasolid作為軟件核心，將普及型CAD系統(tǒng)與世界上最具領先地位的實體造型引擎結合在一起,是基于Windows平臺、功能強大且易用的三維CAD軟件。 在陳老師的指導下，我有機會接觸并學習使用solid edge,在學習的過程中我發(fā)現(xiàn)該軟件有著非常多的優(yōu)勢與特點。它的主要功能有：零件設計、裝配設計、鈑金設計、焊接設計、復雜曲面設計、管道設計、生產出圖等，其中鈑金設計是該軟件的強項！ 鈑金模塊提供一個專業(yè)、高效的鈑金設計環(huán)境，可以容易地進行各種鈑金件設計，通過其提供的符合鈑金專業(yè)的造型命令，如平板、折彎、氣窗、壓延、沖料、斜角、角切除和其它鈑金特征等，以及通過自動添加彎曲變形、彎曲計算和展開，Solid Edge提供了最先進的鈑金CAD工具，能大大減少設計時間，提高生產效率。 Solid Edge提供的鈑金設計命令是迄今為止最具效率的一整套鈑金設計工具。從簡單的平板建立到添加各種折彎、除料、倒角、開孔；從建立各種沖壓特征直到自動展開、生成工程圖，各種命令一應俱全。并在設計過程中，充分考慮到鈑金工藝的要求，設計多項符合鈑金工藝的參數(shù)，如彎折缺口、斜角接縫等，使得設計出的鈑金能完全滿足工藝的需求。 零件與鈑金在Solid Edge現(xiàn)在也能得到互通。Solid Edge允許用戶采用從零件轉換過來的圖形來進行鈑金設計，用戶也可將鈑金零件轉到零件環(huán)境下增加復雜的特征。不管用戶做何種處理，仍然可以將鈑金展開。 鈑金中最重要的過程在于計算展開圖形及面積。在Solid Edge的鈑金模塊中，鈑金件的三維模型及其展開可保存在同一個鈑金文件中，借助特征管理器能方便地在二者之間轉換。在生成工程圖時，系統(tǒng)會自動辨別鈑金文件是否具有折疊和展開兩種模型，并提示用戶做出選擇。鈑金展開圖與設計鈑金件模型之間相互關聯(lián)，若模型發(fā)生變動，展開將自動更新。 鈑金模塊不但可以建立鈑金構件、生成用于制造的展開圖和工程圖，而且通過與其他應用程序集成，可以實現(xiàn)計算分析和數(shù)控加工等功能，為鈑金制造業(yè)提供全方位的解決方案，使其降低費用、提高質量、縮短開發(fā)周期。 我此次使用solid edge軟件畫取物箱的三維圖時便深刻地體會到了它的優(yōu)點。它所具有的畫圖命令能很快地完成我所需要的圖形，并最終形成一個實體，圖8是我所畫的取物箱的右側板，它有很多的彎折部分，在使用solidedge時，只需選擇所要形成折彎的邊，它便會自動形成折彎的虛線，在這一命令下，我可以調節(jié)折彎的角度和長度，在一個命令下便可完成所要畫的圖。如圖12.1所示，我總共使用了三次折彎命令，和兩次去除材料命令。并且在畫完以后還可以對尺寸進行動態(tài)調節(jié)，可以讓使用者實時地看到尺寸改變的效果。 在能夠較熟練地使用solidedge軟件以后，我便開始按之前初步定下的尺寸零件的三維圖，之后將所有零件裝配在一起。在配的過程中，我發(fā)現(xiàn)了之前很多的尺寸不符