一种数控橱柜加工用刀头更换装置的制作方法

本发明涉及数控机床技术领域，具体为一种数控橱柜加工用刀头更换装置。

背景技术：

数控机床是数字控制机床的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，用代码化的数字表示，通过信息载体输入数控装置，经运算处理由数控装置发出各种控制信号，控制机床的动作，按图纸要求的形状和尺寸，自动地将零件加工出来，现有的数控机床在进行加工时，需要使用到数控橱柜进行更换刀具。

现有的数控橱柜在进行更换道具时需要使用到机械手臂，将原有的刀具进行抓取后才能取下，在使用时还需要配备专门机械手臂进行拆卸刀具和抓取，在更换刀具时需需要花费教长的时间，增加了装置的加工成本，降低了装置的实用性。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供了一种数控橱柜加工用刀头更换装置，具备方便对刀头进行更换，不需要使用到机械手臂，降低装置的加工成本，增加了装置的实用性的优点，解决了上述背景技术中所提出的问题。

本发明提供如下技术方案：一种数控橱柜加工用刀头更换装置，包括更换橱柜，所述更换橱柜的底面固定安装有气缸，所述气缸的输出端固定安装有从动齿轮，所述气缸输出端的顶端固定安装有旋转板，所述旋转板的顶面固定安装有放置管，所述更换橱柜顶端固定安装有传动装置，所述传动装置的底端固定安装有主轴，所述主轴的左右两端开设有活动槽，所述活动槽的内腔活动连接有顶杆和夹紧杆，所述夹紧杆通过第一弹簧与所述活动槽固定连接，所述顶杆远离主轴中心的一面固定安装有夹紧杆，所述夹紧杆的底面开设有让位槽，所述顶杆的底面固定安装有顶板，所述顶板的顶面固定安装有第二弹簧。

精选的，所述更换橱柜的底面固定安装有电机，所述电机的输出端固定套接有不完全齿轮，所述不完全齿轮的左端与从动齿轮啮合，所述从动齿轮的高度值等于不完全齿轮厚度值的八分之一，所述主轴的底面固定安装有定位套，所述定位套内腔的直径值等于放置管的直径值。

精选的，所述放置管的内腔底面固定安装有第三弹簧，所述第三弹簧的顶端固定安装有缓冲板，所述放置管共有五个，五个所述放置管中间的夹角为七十二度，所述放置管位于定位套的下方。

精选的，所述主轴的底面和放置管的顶面均开设有方形孔，所述主轴的底面和放置管的顶面均开设方形孔的中心处于同一直线上。

精选的，所述定位套内腔的直径值等于放置管的直径值，所述定位套的高度值等于放置管高度值的一半。

精选的，所述活动槽的形状为“t”字形，所述顶杆位于夹紧杆的下方，所述第一弹簧的另一端固定安装在活动槽内腔顶端远离主轴中心的一面，所述顶杆顶端的形状为三角形，所述让位槽的形状为与顶杆顶端形状相同的三角形，所述顶杆的左侧面与让位槽的右侧面处于同一竖直平面，所述顶杆的顶端与夹紧杆的底端贴合。

精选的，所述第二弹簧的顶端固定安装在主轴的底面，所述缓冲板的中心开设有圆形孔。

9.精选的，所述数控橱柜加工用刀头更换装置，还包括：刀具寿命检测模块，设置于所述主轴上，同时设置于所述夹紧杆上方，用于检测待更换刀具的寿命；

所述刀具寿命检测模块，包括：

第一获取单元，用于获取待更换刀具的刀具信息和切削参数以及历史工作时长；

第一检测单元，用于检测所述待更换刀具切割工件时的第一切削震动信号；

第二检测单元，用于检测所述待更换刀具切割工件时的第一声音信号；

去燥单元，同时与所述第一检测单元和第二检测单元连接，用于去除所述第一切削震动信号和第一声音信号中的噪音信号，获得第二切削震动信号和第二声音信号；

提取单元，与所述去燥单元连接，用于根据第二切削震动信号和第二声音信号提取出所述待更换刀具的第一加工信号特征；

第一构建单元，同时与所述第一获取单元和提取单元连接，用于根据所述待更换刀具的第一加工信号特征、待更换刀具的刀具信息和切削参数以及历史工作时长构建回归模型；

第二构建单元，与所述去燥单元连接，用于对所述第二切削震动信号和第二声音信号进行信号分解，获得待更换刀具切割工件时的信号小波能量谱，根据多个信号小波能量谱构建信号小波能量谱与刀具寿命的映射关系模型；

预测单元，一端与所述第一构建单元连接，另一端与所述第二构建单元连接，用于利用构建好的回归模型预测下一时间单位内待更换刀具的第二加工信号特征，解析所述第二加工信号特征对应的第三切削震动信号和第三声音信号，对所述第三切削震动信号和第三声音信号进行分解，获得当前小波能量信号谱，将所述当前小波能量信号谱输入到所述信号小波能量谱与刀具寿命的映射关系模型中获得所述待更换刀具的剩余寿命；

通信单元，与所述预测单元连接，用于接通与用户终端的通信连接，将所述待更换刀具的剩余寿命发送至用户终端。

精选的，所述数控橱柜加工用刀头更换装置，还包括：功率控制模块，与所述气缸电性连接，用于控制所述气缸的输出功率；

所述功率控制模块，包括：

第二获取单元，用于获取每个所述放置管的质量；

第三检测单元，用于检测所述气缸的当前输出功率；

处理单元，同时与所述第二获取单元和第三检测单元连接，用于根据每个所述放置管的质量计算出任意一个放置管插入到所述定位套时所做的功：

其中，f表示为任意一个放置管插入到所述定位套时所做的功，si表示为第i个放置管的质量具体数值，m表示为旋转板的质量，g表示为重力加速度，取值为9.8n/k，s表示为任意一个放置管的底部到所述定位套顶部的距离，s1表示为任意一个放置管插入到所述定位套时放置管的顶部到定位套顶部的距离；

根据所述任意一个放置管插入到所述定位套时所做的功f计算出所述气缸的目标输出功率：

其中，p表示为气缸的目标输出功率，f1表示为意一个放置管插入到所述定位套时所做的最大的功的基准值，p1表示为气缸的额定输出功率，e表示为自然常数，取值为2.58，v表示为任意一个放置管向定位套移动时的标准速度，t表示为任意一个放置管从初始位置到插入到所述定位套时所需要的时间；

将所述目标输出功率和当前输出功率进行对，当所述当前输出功率大于等于目标输出功率时，无需进行后续操作，当所述当前输出功率小于目标输出功率时，发出控制指令；

控制单元，一端与所述处理单元连接，另一端与所述气缸连接，用于将所述气缸的当前输出功率调节为所述目标输出功率。

与现有技术对比，本发明具备以下有益效果：

1、本发明通过气缸带动旋转板向上运动，使放置管插入至定位套内，旋转板继续向上运动，使得放置管的顶端带动顶板向上运动，将顶杆向上推动，顶杆向上运动时卡入让位槽内，从而带动夹紧杆向远离主轴中心的一侧移动，使得两个夹紧杆对刀头进行放松，掉落在放置管内，从而实现取下刀头，在拆卸刀头时不需要使用到机械手臂进行拆卸刀头和抓取，方便对刀头进行更换，降低装置的加工成本，增加了装置的实用性。

2、本发明通过设置五个放置管，可以在五个放置管内分别放置不同的刀头，可以实现装置对可以进行多种刀头的更换，通过电机带动不完全齿轮旋转，不完全齿轮与从动齿轮的啮合，使得不完全齿轮每旋转一周，从动齿轮带动旋转板旋转七十二度，从而可以选择不同的刀头进行安装，操作简单，增加了装置的实用性。

3、本发明通过在放置管的内腔底面安装第三弹簧，在第三弹簧的顶端安装缓冲板，当刀头放置在放置管顶面的方形孔后，刀头首先与缓冲板接触，通过第三弹簧的弹性对刀头起到减震缓冲的作用，从而实现对刀头的保护，避免了刀头的损伤，增加了装置的使用寿命。

4、通过从待更换刀具切割工件时的声音信号和切削震动信号提取待更换刀具的加工信号特征可以很好地反映出待更换刀具的加工与磨损状态，无需人工排查待更换刀具的磨损状态，节省了人力资源，同时，通过构建回归模型可以获得加工信号特征与刀具磨损之间的对应关系，同时可以预测后续的待更换刀具的加工信号特征，为后续获取待更换刀具的剩余寿命提供了准确地参考标准，进一步地，通过构建信号小波能量谱与刀具寿命的映射关系模型可以更加准确地计算出待更换刀具的剩余寿命，相比于现有技术的计算方法来说精度更高并且成本更小，可使用户随时了解到待更换刀具的剩余寿命进而手动的选择进行更换，提高了数控机床的工作效率的同时也提高了用户的体验感。

5、通过计算任意一个放置管插入到所述定位套时所做的功来保证任意一个放置管可以稳定地插入到所述定位套中，避免出现无法拆洗刀具情况的发生，提高了实用性，同时，通过利用任意一个放置管插入到所述定位套时所做的功来计算出气缸的目标输出功率可以进一步地保证气缸的输出功率足够将任意一个放置管可以稳定地插入到所述定位套中，进一步地保证了放置管能顺利的插入到定位套内，保证了装置运行的准确性。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明结构旋转板剖视示意图；

图3为本发明结构主轴剖视示意图；

图4为本发明结构a处放大示意图；

图5为本发明结构b处放大示意图；

图6为本发明的刀具寿命检测模块的结构示意图；

图7为本发明的功率控制模块的结构示意图。

图中：1、更换橱柜；2、气缸；3、从动齿轮；4、旋转板；5、放置管；6、传动装置；7、主轴；8、定位套；9、活动槽；10、顶杆；11、夹紧杆；12、第一弹簧；13、让位槽；14、缓冲板；15、顶板；16、第二弹簧；17、电机；18、不完全齿轮；19、第三弹簧、20、刀具寿命检测模块；20.1、第一获取单元；20.2、第一检测单元；20.3、第二检测单元；20.4、去燥单元；20.5、提取单元；20.6、第一构建单元；20.7、第二构建单元；20.8、预测单元；20.9、通信单元；21、功率控制模块；21.1、第二获取单元；21.2、第三检测单元；21.3、处理单元；21.4、控制单元。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-5，一种数控橱柜加工用刀头更换装置，包括更换橱柜1，更换橱柜1的底面固定安装有气缸2，气缸2的输出端固定安装有从动齿轮3，气缸2输出端的顶端固定安装有旋转板4，旋转板4的顶面固定安装有放置管5，更换橱柜1顶端固定安装有传动装置6，传动装置6的底端固定安装有主轴7，主轴7的左右两端开设有活动槽9，活动槽9的内腔活动连接有顶杆10和夹紧杆11，夹紧杆11通过第一弹簧12与活动槽9固定连接，顶杆10远离主轴7中心的一面固定安装有夹紧杆11，夹紧杆11的底面开设有让位槽13，顶杆10的底面固定安装有顶板15，顶板15的顶面固定安装有第二弹簧16。

其中，更换橱柜1的底面固定安装有电机17，电机17的输出端固定套接有不完全齿轮18，不完全齿轮18的左端与从动齿轮3啮合，从动齿轮3的高度值等于不完全齿轮18厚度值的八分之一，主轴7的底面固定安装有定位套8，定位套8内腔的直径值等于放置管5的直径值，通过电机17带动不完全齿轮18旋转，不完全齿轮18与从动齿轮3的啮合，使得不完全齿轮18每旋转一周，从动齿轮3带动旋转板4旋转七十二度，从而可以选择不同的刀头进行安装，操作简单，增加了装置的实用性。

其中，放置管5的内腔底面固定安装有第三弹簧19，第三弹簧19的顶端固定安装有缓冲板14，放置管5共有五个，五个放置管5中间的夹角为七十二度，放置管5位于定位套8的下方，通过在放置管5的内腔底面安装第三弹簧19，在第三弹簧19的顶端安装缓冲板14，当刀头放置在放置管5顶面的方形孔后，刀头首先与缓冲板14接触，通过第三弹簧19的弹性对刀头起到减震缓冲的作用，从而实现对刀头的保护，避免了刀头的损伤，增加了装置的使用寿命。

其中，主轴7的底面和放置管5的顶面均开设有方形孔，主轴7的底面和放置管5的顶面均开设方形孔的中心处于同一直线上，保证了放置管5能顺利的插入到定位套8内，保证了装置运行的准确性。

其中，定位套8内腔的直径值等于放置管5的直径值，定位套8的高度值等于放置管5高度值的一半，保证了刀头能够顺利的安装至主轴7内，使得刀头能够伸出定位套8的下方。

其中，活动槽9的形状为“t”字形，顶杆10位于夹紧杆11的下方，第一弹簧12的另一端固定安装在活动槽9内腔顶端远离主轴7中心的一面，顶杆10顶端的形状为三角形，让位槽13的形状为与顶杆10顶端形状相同的三角形，顶杆10的左侧面与让位槽13的右侧面处于同一竖直平面，顶杆10的顶端与夹紧杆11的底端贴合，放置管5的顶端带动顶板15向上运动，将顶杆10向上推动，顶杆10向上运动时卡入让位槽13内，从而带动夹紧杆11向远离主轴7中心的一侧移动，使得两个夹紧杆11对刀头进行放松，放置管5向下运动后，第一弹簧12的弹性带动夹紧杆11向主轴7的中心移动，从而将刀头进行夹紧。

其中，第二弹簧16的顶端固定安装在主轴7的底面，缓冲板14的中心开设有圆形孔，气缸2带动旋转板4向下运动使放置管5离开定位套8的内腔，此时第二弹簧16的弹性带动顶板15向下运动，对夹紧杆11进行复位。

工作原理：使用时，控制系统通过传动装置6带动主轴7运动至更换橱柜1的内腔，使主轴7位于左端放置管5的正上方，此时气缸2带动旋转板4向上运动，使放置管5插入至定位套8内，旋转板4继续向上运动，使得放置管5的顶端带动顶板15向上运动，将顶杆10向上推动，顶杆10向上运动时卡入让位槽13内，从而带动夹紧杆11向远离主轴7中心的一侧移动，使得两个夹紧杆11对刀头进行放松，掉落在放置管5内，通过在放置管5的内腔底面安装第三弹簧19，在第三弹簧19的顶端安装缓冲板14，当刀头放置在放置管5顶面的方形孔后，刀头首先与缓冲板14接触，通过第三弹簧19的弹性对刀头起到减震缓冲的作用，从而实现对刀头的保护，避免了刀头的损伤，增加了装置的使用寿命，从而实现取下刀头，在拆卸刀头时不需要使用到机械手臂进行拆卸刀头和抓取，方便对刀头进行更换，降低装置的加工成本，增加了装置的实用性，当刀头拆下后，气缸2带动旋转板4向下运动使放置管5离开定位套8的内腔，此时第二弹簧16的弹性带动顶板15向下运动，对夹紧杆11进行复位，通过设置五个放置管5，可以在五个放置管5内分别放置不同的刀头，可以实现装置对可以进行多种刀头的更换，通过电机17带动不完全齿轮18旋转，不完全齿轮18与从动齿轮3的啮合，使得不完全齿轮18每旋转一周，从动齿轮3带动旋转板4旋转七十二度，从而可以选择不同的刀头进行安装，操作简单，增加了装置的实用性，当需要安装的刀头位于主轴7的下方后，气缸2再次向上运动，将放置管5的顶端送入定位套8的内腔，气缸2再次向下运动后，第一弹簧12的弹性带动夹紧杆11向主轴7的中心移动，从而将刀头进行夹紧。

10.在一个实施例中，如图6所示，所述数控橱柜加工用刀头更换装置，还包括：刀具寿命检测模块20，设置于所述主轴7上，同时设置于所述夹紧杆11上方，用于检测待更换刀具的寿命；

所述刀具寿命检测模块20，包括：

第一获取单元20.1，用于获取待更换刀具的刀具信息和切削参数以及历史工作时长；

第一检测单元20.2，用于检测所述待更换刀具切割工件时的第一切削震动信号；

第二检测单元20.3，用于检测所述待更换刀具切割工件时的第一声音信号；

去燥单元20.4，同时与所述第一检测单元20.2和第二检测单元20.3连接，用于去除所述第一切削震动信号和第一声音信号中的噪音信号，获得第二切削震动信号和第二声音信号；

提取单元20.5，与所述去燥单元20.4连接，用于根据第二切削震动信号和第二声音信号提取出所述待更换刀具的第一加工信号特征；

第一构建单元20.6，同时与所述第一获取单元20.1和提取单元20.5连接，用于根据所述待更换刀具的第一加工信号特征、待更换刀具的刀具信息和切削参数以及历史工作时长构建回归模型；

第二构建单元20.7，与所述去燥单元20.4连接，用于对所述第二切削震动信号和第二声音信号进行信号分解，获得待更换刀具切割工件时的信号小波能量谱，根据多个信号小波能量谱构建信号小波能量谱与刀具寿命的映射关系模型；

预测单元20.8，一端与所述第一构建单元20.6连接，另一端与所述第二构建单元20.7连接，用于利用构建好的回归模型预测下一时间单位内待更换刀具的第二加工信号特征，解析所述第二加工信号特征对应的第三切削震动信号和第三声音信号，对所述第三切削震动信号和第三声音信号进行分解，获得当前小波能量信号谱，将所述当前小波能量信号谱输入到所述信号小波能量谱与刀具寿命的映射关系模型中获得所述待更换刀具的剩余寿命；

通信单元20.9，与所述预测单元20.8连接，用于接通与用户终端的通信连接，将所述待更换刀具的剩余寿命发送至用户终端。

上述技术方案的工作原理为：获取待更换刀具的刀具信息和切削参数以及历史工作时长，同时检测待更换刀具切割工件时的第一切削震动信号和第一声音信号，对第一切削震动信号和第一声音信号进行去燥处理，获得第二切削震动信号和第二声音信号，根据第二切削震动信号和第二声音信号提取出所述待更换刀具的第一加工信号特征，利用待更换刀具的第一加工信号特征、待更换刀具的刀具信息和切削参数以及历史工作时长构建回归模型，然后对所述第二切削震动信号和第二声音信号进行信号分解，获得待更换刀具切割工件时的信号小波能量谱，根据多个信号小波能量谱构建信号小波能量谱与刀具寿命的映射关系模型，利用构建好的回归模型预测下一时间单位内待更换刀具的第二加工信号特征，解析所述第二加工信号特征对应的第三切削震动信号和第三声音信号，对所述第三切削震动信号和第三声音信号进行分解，获得当前小波能量信号谱，将所述当前小波能量信号谱输入到所述信号小波能量谱与刀具寿命的映射关系模型中获得所述待更换刀具的剩余寿命，最后将待更换刀具的剩余寿命发送至用户终端。

上述技术方案的有益效果为：通过从待更换刀具切割工件时的声音信号和切削震动信号提取待更换刀具的加工信号特征可以很好地反映出待更换刀具的加工与磨损状态，无需人工排查待更换刀具的磨损状态，节省了人力资源，同时，通过构建回归模型可以获得加工信号特征与刀具磨损之间的对应关系，同时可以预测后续的待更换刀具的加工信号特征，为后续获取待更换刀具的剩余寿命提供了准确地参考标准，进一步地，通过构建信号小波能量谱与刀具寿命的映射关系模型可以更加准确地计算出待更换刀具的剩余寿命，相比于现有技术的计算方法来说精度更高并且成本更小，可使用户随时了解到待更换刀具的剩余寿命进而手动的选择进行更换，提高了数控机床的工作效率的同时也提高了用户的体验感。

在一个实施例中，如图7所示，所述数控橱柜加工用刀头更换装置，还包括：功率控制模块21，与所述气缸2电性连接，用于控制所述气缸2的输出功率；

所述功率控制模块21，包括：

第二获取单元21.1，用于获取每个所述放置管5的质量；

第三检测单元21.2，用于检测所述气缸2的当前输出功率；

处理单元21.3，同时与所述第二获取单元21.1和第三检测单元21.2连接，用于根据每个所述放置管5的质量计算出任意一个放置管5插入到所述定位套8时所做的功：

其中，f表示为任意一个放置管5插入到所述定位套8时所做的功，si表示为第i个放置管5的质量具体数值，m表示为旋转板4的质量，g表示为重力加速度，取值为9.8n/k，s表示为任意一个放置管5的底部到所述定位套8顶部的距离，s1表示为任意一个放置管5插入到所述定位套8时放置管5的顶部到定位套8顶部的距离；

根据所述任意一个放置管5插入到所述定位套8时所做的功f计算出所述气缸2的目标输出功率：

其中，p表示为气缸2的目标输出功率，f1表示为意一个放置管5插入到所述定位套(8)时所做的最大的功的基准值，p1表示为气缸2的额定输出功率，e表示为自然常数，取值为2.58，v表示为任意一个放置管5向定位套8移动时的标准速度，t表示为任意一个放置管5从初始位置到插入到所述定位套8时所需要的时间；

将所述目标输出功率和当前输出功率进行对，当所述当前输出功率大于等于目标输出功率时，无需进行后续操作，当所述当前输出功率小于目标输出功率时，发出控制指令；

控制单元21.4，一端与所述处理单元21.3连接，另一端与所述气缸2连接，用于将所述气缸2的当前输出功率调节为所述目标输出功率。

上述技术方案的工作原理为：获取每个放置管的数量，然后根据获取的质量计算出任意一个放置管插入到所述定位套时所做的功，进而根据所做的功计算出气缸的目标输出功率，计算完毕后，将计算出来的目标输出功率和气缸的当前输出功率进行对比，当气缸的当前输出功率小于目标输出功率时，说明气缸的当前输出功率不足以将任意一个放置管插入到所述定位套，此时需要加大气缸的输出功率，将气缸的输出功率从当前输出功率调节到目标输出功率。

上述技术方案的有益效果为：通过计算任意一个放置管插入到所述定位套时所做的功来保证任意一个放置管可以稳定地插入到所述定位套中，避免出现无法拆洗刀具情况的发生，提高了实用性，同时，通过利用任意一个放置管插入到所述定位套时所做的功来计算出气缸的目标输出功率可以进一步地保证气缸的输出功率足够将任意一个放置管可以稳定地插入到所述定位套中，进一步地保证了放置管能顺利的插入到定位套内，保证了装置运行的准确性。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。同时在本发明的附图中，填充图案只是为了区别图层，不做其他任何限定。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。