一种碳纤维复合材料超声波转盘式自动磨削设备及磨削方法与流程

本发明涉及磨削设备，尤其是碳纤维复合材料超声波转盘式自动磨削设备。

背景技术

碳纤维耐热好，重量轻，强度高，模量高，是一种非常理想的特殊材料。利用碳纤维的优良性质，与树脂、金属和陶瓷等基体复合制成的高强度低重量的碳纤维复合材料更是具有优良的使用性能。碳纤维复合材料现在被广泛的应用于火箭、导弹、大型飞机等航天航空行业，以及化工机械、交通工具、桥梁道路、体育器械、纺织及医学领域。

由于碳纤维复合材料的特殊结构和物理性质，传统的加工方法也逐渐无法满足其加工需求。加工过程中除了会引起分层、毛刺、撕裂等缺陷外，严重的刀具磨损、较高的切削力和切削温度使得普通的刀具使用寿命大大缩短。此外，利用传统的加工方法加工碳纤维复合材料难以达到表面质量的要求。

在中国专利申请号为201310600238.3名称为一种碳纤维复合材料旋转超声铣磨加工装置及方法的专利文献公开了如下技术：一种碳纤维复合材料旋转超声铣磨加工装置和方法，所述的装置包括超声波发生器、超声换能器、变幅杆、刀具、刀柄和机床本体。所述的方法，采用超声辅助铣磨加工方法对非烧蚀碳/碳复合材料进行加工。本发明采用超声电源的频率和变幅杆的固有频率一致,保证施加到变幅杆上的振动能引起变幅杆共振；采用超声铣磨加工，碳纤维复合材料工件表面质量有明显提高，粗糙度降低约16％～36％；采用超声加工，磨头进给方向受力约降低44％，磨头下压方向受力约降低46％；超声铣磨加工和传统铣磨加工碳纤维复合材料切削温度对比,超声加工温升降低29％。该文献公开的技术虽然能提高磨削质量，但无法实现自动化的磨削。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种碳纤维复合材料超声波转盘式自动磨削设备及磨削方法，利用本发明的磨削设备和磨削方法，能实现自动上料，实现嵌件的安装，实现自动铆接后的磨削和实现自动卸料，提高磨削的效率，降低人工成本。

为达到上述目的，碳纤维复合材料超声波转盘式自动磨削设备，包括机架、转盘装置、料架装置、第一上料装置、输料装置、第二上料装置、铆接磨削装置和卸料装置，按照顺时针方向，第一上料装置、第二上料装置、铆接磨削装置和卸料装置布置在转盘装置的圆周上；

所述的转盘装置包括转盘驱动、转轴和转盘，转轴通过轴承安装在机架上，转盘驱动安装在机架上并驱动转轴，转盘安装转轴上；在转盘上以转盘的旋转中心为圆心圆周均布有四个安装位，在安装位上安装有夹具；

所述的料架装置包括底架、料架、料框和顶升机构，底架设在机架的一侧，料架安装在底架上，料框设在底架上，顶升机构设在底架与料架之间，顶升机构具有顶升块，顶升块位于料框内；

所述的第一上料装置包括第一上料架、第一无杆气缸、第一导杆、第一滑块、第一支架、第一升降气缸和第一吸盘，第一上料架安装在料架与机架之间，第一无杆气缸安装在第一上料架上，第一导杆安装在第一上料架上，第一滑块滑动的设在第一导杆上，第一支架安装在第一滑块上，第一升降气缸安装在第一支架上，第一吸盘安装在第一升降气缸的活塞杆上；在上料时，第一吸盘位于料框的上方；

所述的输料装置包括输料架、振动马达、振动盘、导轨支架和送料导轨，输料架设在机架的一侧，振动马达安装在输料架上，振动盘设在振动马达上，导轨支架安装在输料架上，送料导轨设在导轨支架上，送料导轨的一端连接在振动盘的输出端，送料导轨的另一端位于转盘的上方；

所述的第二上料装置包括支承臂、第二无杆气缸、第二滑块、第二支架、升降无杆气缸、升降滑块、升降座、上料座、第二升降气缸和第二吸盘，支承臂安装在输料架上，在送料导轨的两侧分别设有支承臂，第二无杆气缸设在支承臂的上端并横跨送料导轨，第二滑块设在第二无杆气缸上，第二支架设在第二滑块上，升降无杆气缸设在第二支架上，升降滑块设在升降无杆气缸上，升降座设在升降滑块上，上料座滑动的设在升降座上，第二升降气缸设在升降座上，第二升降气缸的活塞杆连接在上料座上，第二吸盘设在上料座上；

所述的铆接磨削装置包括机座、x轴滑动平台、y轴滑动平台、立臂、铆接机构和磨削机构，机座安装在机架上，x轴滑动平台滑动的设在机座上，y轴滑动平台滑动的设在x轴滑动平台上，立臂安装在y轴滑动平台上，铆接机构安装在立臂上，磨削机构安装在立臂上；

所述的卸料装置包括卸料架、卸料无杆气缸、卸料导杆、卸料滑块、卸料支架、卸料升降气缸和卸料吸盘，卸料架安装在机架上，卸料无杆气缸安装在卸料架上，卸料导杆安装在卸料料架上，卸料滑块滑动的设在卸料导杆上，卸料支架安装在卸料滑块上，卸料升降气缸安装在卸料支架上，卸料吸盘安装在卸料升降气缸的活塞杆上。

所述的碳纤维复合材料超声波转盘式自动磨削设备的磨削方法，包括如下步骤：

(1)将碳纤维复合板叠放在料框内，碳纤维复合板上具有铆钉销，将嵌件放入到振动盘内；

(2)启动振动马达，振动马达带动振动盘振动，嵌件在振动盘的振动下从振动盘的输出端进入到送料导轨内，并从送料导轨连续输出；

(3)启动第一无杆气缸，第一无杆气缸带动第一滑块沿着第一导杆运动，第一滑块带动第一支架运动到料框的上方，第一支架带动第一升降气缸运动，第一升降气缸带动第一吸盘运动，当第一吸盘位于料框的上方时，第一无杆气缸停止运动，第一升降气缸带动第一吸盘向下运动，通过第一吸盘从料框内吸附一碳纤维复合板，然后第一升降气缸反向运动，当被吸附的碳纤维复合板离开料框后，第一升降气缸停止运动，启动第一无杆气缸，通过第一无杆气缸带动第一滑块、第一支架、第一升降气缸、第一吸盘和被吸附的碳纤维复合板向转盘方向运动，当被吸附的碳纤维复合板运动到其中一安装位的夹具的上方时，第一无杆气缸停止运动，启动第一升降气缸，通过第一升降气缸将被吸附的碳纤维复合板放置到夹具上，然后第一升降气缸复位；当料框内的碳纤维复合板被取走后，通过顶升机构顶升料框内的碳纤维复合板向上运动一块碳纤维复合板的高度；

(4)启动转盘驱动，转盘驱动带动转轴旋转，转轴带动转盘旋转，将放置有碳纤维复合板的夹具旋转到第二上料装置的工位上；同时被卸料的夹具旋转到第一上料装置的工位上；

(5)启动第二无杆气缸，通过第二无杆气缸带动第二滑块、第二支架、升降无杆气缸、升降滑块、升降座、上料座、第二升降气缸和第二吸盘运动到送料导轨的上方，停止第二无杆气缸，启动第二升降气缸，第二升降气缸带动第二吸盘向下运动，通过第二吸盘吸附送料导轨上的嵌件，然后第二升降气缸反向运动让被吸附的嵌件离开送料导轨，停止第二升降气缸，然后启动第二无杆气缸，通过第二无杆气缸带动嵌件运动到碳纤维复合板上的铆钉销的上方，然后停止第二无杆气缸，启动升降无杆气缸，升降无杆气缸带动升降滑块、升降座、上料座、第二升降气缸和第二吸盘向下运动的，当升降无杆气缸运动到最下的行程时，停止升降无杆气缸，启动第二升降气缸，第二升降气缸带动上料座和第二吸盘向下运动，将嵌件嵌入到碳纤维复合板内，并让铆钉销穿过嵌件的孔，所述的嵌件的孔的上端具有沉头孔；然后第二升降气缸和升降无杆气缸复位；

(6)在步骤(5)的同时重复步骤(3)，将下一个碳纤维复合板放置到第一上料装置工位上的夹具上；

(7)启动转盘驱动，转盘驱动带动转轴旋转，转轴带动转盘旋转，将第二上料装置工位处的夹具旋转到铆接磨削装置的工位上；同时放置有碳纤维复合板的夹具旋转到第二上料装置的工位上；被卸料的夹具旋转到第一上料装置的工位上；

(8)启动铆接机构，通过铆接机构对铆钉销进行铆接，让铆接销的上端位于沉头孔内；铆接完成后，启动磨削机构，通过磨削机构对碳纤维复合板和嵌件进行磨削；

(9)在进行步骤(8)的同时重复步骤(3)和步骤(5)；

(10)启动转盘驱动，转盘驱动带动转轴旋转，转轴带动转盘旋转，将铆接磨削装置工位处的夹具旋转到卸料装置的工位处，第二上料装置工位处的夹具旋转到铆接磨削装置的工位上；同时放置有碳纤维复合板的夹具旋转到第二上料装置的工位上；被卸料的夹具旋转到第一上料装置的工位上；

(11)启动卸料无杆气缸，卸料无杆气缸带动卸料滑块沿着卸料导杆运动，卸料滑块带动卸料支架运动到夹具的上方，卸料支架带动卸料升降气缸运动，卸料升降气缸带动卸料吸盘运动，当卸料吸盘位于夹具的上方时，卸料无杆气缸停止运动，卸料升降气缸带动卸料吸盘向下运动，通过卸料吸盘从夹具上吸附具有嵌件的碳纤维复合板，然后卸料升降气缸反向运动，当被吸附的碳纤维复合板离开夹具后，卸料升降气缸停止运动，启动卸料无杆气缸，通过卸料无杆气缸带动卸料滑块、卸料支架、卸料升降气缸、卸料吸盘和被吸附的碳纤维复合板远离转盘方向运动，当被吸附的碳纤维复合板运动到离开转盘时，卸料无杆气缸停止运动，释放掉具有嵌件的碳纤维复合板，完成整个的磨削；

(12)在进行上述步骤(11)的同时，进行步骤(3)、(5)和(8)。

上述磨削设备和磨削方法，在第一上料装置的工位处将碳纤维复合板从料框内放置到夹具上，在第二上料装置的工位上将振动盘输入到送料导轨上的嵌件通过第二上料装置放置到碳纤维复合板内，在铆接磨削装置的工位上对碳纤维复合板和嵌件进行铆接后磨削，在卸料装置的工位处将磨削好的碳纤维复合板卸掉，通过转盘的转动切换各工位，实现自动上料、铆接、磨削和卸料，提高了磨削的效率，降低了人工成本。

进一步的，所述的转盘驱动包括驱动马达、主动带轮、从动带轮和传动带，驱动马达安装在机架上，主动带轮安装在驱动马达的输出轴上，从动带轮安装在转轴上，传动带套在主动带轮与从动带轮之间。上述转盘驱动，驱动马达工作，驱动马达带动主动带轮旋转，主动带轮通过传动带带动从动带轮旋转，从动带轮带动转轴旋转，转轴带动转盘旋转，从而实现工位的切换。

进一步的，所述的夹具包括支承架、承载座、中间板、限位板、定位板、承载块和上板，支承架呈z字形，在每一安装位上设有两个支承架，支承架的一端连接在转盘上，承载座由两支承架支承，中间板安装在承载座上，上板具有容置腔，上板安装在中间板上，限位板安装在位于容置腔内的中间板上，限位板的上表面到上板的上表面之间的高度小于碳纤维复合板的厚度，定位板设在位于容置腔内的中间板上，定位板上具有向上延伸的定位块；在承载座、中间板和定位板上设有相通的通孔；在承载座上设有穿过中间板和定位板的承载块，承载块的上表面与限位板的上表面在同一水平面上。该结构，采用支承架支承承载座，所述的承载座主要承载铆接时的铆接力，避免碳纤维复合板与嵌件在铆接过程中变形。通过限位板支承碳纤维复合板，并让碳纤维复合板高出上板，避免在磨削过程中刀具磨削到上板。定位板对碳纤维复合板进行定位，防止碳纤维复合板发生位移。承载块位于放置嵌件的正下方，用于承载铆接力，这样，在铆接过程中就不会出现碳纤维复合板变形、损坏的现象。

进一步的，在底架上安装有两个相对设置的支承块，在两支承块之间设有调节导杆，在其中一支承块上设有调节气缸，在调节气缸的活塞杆上连接有沿调节导杆滑动的调节滑块，调节滑块上固定有调节座，在调节座上设有料框旋转气缸，在旋转气缸上设有旋转板，所述的旋转板的两端设有缺口，在旋转板上位于缺口处设有料框。当靠近转盘的料框内的碳纤维复合板上料完后，启动料框旋转气缸，料框旋转气缸带动旋转板旋转，将装有碳纤维复合板的另一料框旋转到靠近转盘的位置，在磨削过程中，在空的料框内放置碳纤维复合板。上述结构，如果调节气缸工作，调节气缸能带动调节滑块沿着调节导杆运动，这样，就可以调节料框的位置，以适用于不同的碳纤维复合板的吸附。料框旋转气缸可带动旋转板旋转，对两个料框的位置进行切换，当其中一个料框的料被取光后，将放置有碳纤维复合板的料框旋转到取料位上，然后对空的料框放料，这样，在不需要停机的情况下可连续的进行磨削，提高了效率。

进一步的，所述的铆接机构包括铆接气缸、铆接座和铆接头，铆接气缸安装在立臂上，铆接座安装在铆接气缸的活塞杆上，铆接头安装在铆接座上。该结构，如需要铆接，启动铆接气缸，铆接气缸带动铆接座和铆接头向下运动，在铆接头与铆钉销的作用下实现铆接，铆接完成后，铆接销的上端位于沉头孔内，避免在磨削过程中磨削到铆接销。

进一步的，所述的磨削机构包括磨削气缸、磨削升降滑座、磨削旋转电机、刀座和磨削头，磨削气缸安装在立臂上，磨削升降滑座滑动的设在立臂上，磨削旋转电机安装在磨削升降滑座上，刀座安装在磨削旋转电机的输出轴上，磨削头安装在刀座上；所述的磨削头包括刀柄、超声波发生器、超声波换能器、变幅杆和刀具，刀柄包括刀柄本体和连接在刀柄本体上的连接头，连接头具有从下到上的腔体，在连接头的下端位于腔体内设有内锥面，在连接头的顶部位于腔体内设有连接座，连接座的下端铰接有圆周均布的三个以上的钩爪，在连接座内滑动的设有齿条，在连接头上通过驱动轴设有与齿条啮合的齿轮，驱动轴上连接有驱动机构，在齿条的下端与钩爪之间铰接有连杆；变幅杆连接在超声波换能器上，变幅杆的上端具有凸缘，凸缘的侧面具有与内锥面配合的外锥面，刀具连接在变幅杆上，超声波换能器的上端设有供钩爪卡置的环形槽。上述结构，如需要磨削碳纤维复合板，启动磨削气缸，磨削气缸带动磨削升降滑座、磨削旋转电机、刀座和磨削头向下运动，同时启动磨削旋转电机，磨削旋转电机带动磨削头旋转，同时启动超声波发生器，超声波发生器将工频交流电信号转换为超声频交流电信号，并将超声频交流电信号传输到超声波换能器上，通过超声波换能器将电信号转换为机械振动，从而带动变幅杆振动，最终带动刀具振动，在加工过程，通过刀具对碳纤维复合板进行加工。在磨削过程中，由于刀具产生了机械振动，在进给过程中，不容易引起碳纤维复合材料分层、毛刺、撕裂等缺陷，刀具磨损少，切削力小，刀具温度容易控制，超声波辅助加工可靠。在该结构中，驱动机构可驱动驱动轴旋转，驱动轴驱动齿轮旋转，齿轮带动齿条直线运动，齿条的运动通过连杆带动钩爪摆动，从而能实现钩爪夹持和松开超声波换能器，实现对超声波换能器、变幅杆和刀具的快速安装和拆卸。在夹持超声波换能器时，由于内锥面和外锥面的存在，因此，能让变幅杆与连接头进行很好的配合。

进一步的，在连接头的下端位于容置腔内设有凸起，在外锥面上设有定位槽，凸起卡置到定位槽内。该结构，能防止变幅杆相对于连接头旋转，防止刀具无法加工。

超声波发生器上连接有第一电磁线圈；在连接头内设第二电磁线圈，第二电磁线圈电性连接到超声波换能器。该结构，采用无线供电，避免采用接触式供电而让旋转的磨削装置磨损。

刀具包括刀杆和连接在刀杆上的砂轮，砂轮的侧面为下小上大的锥面。带锥面砂轮在去除过程中，水平方向进给量为角fh，砂轮锥面母线与加工平面的夹角为α。在加工过程中，砂轮形式对去除过程会有一定的影响，砂轮底面为单纯的平面时，工件进给一段距离fh时，砂轮切削部分单位长度去除材料的厚度与砂轮和工件的接触长度相同。使用带锥度的砂轮时，当砂轮进给距离为fh时，砂轮锥面母线与去除层的接触长度为fh/cosα，砂轮单位长度对去除层的磨削厚度仅为fh×tanα，α角越小，锥面母线与与去除层接触长度越长，砂轮单位长度对去除层的磨削厚度越小。锥面的设计增加了工具与工件的接触面积，减小了砂轮单位面积上所受的作用，对减小砂轮磨损和延长砂轮寿命有一定的作用。

所述的驱动机构为手轮，在连接头上设有圆周分布的二个以上的定位孔，在手轮上设有能插入到定位孔的定位销。通过手轮能带动驱动轴旋转，从而带动齿轮旋转，达到松开和夹持超声波换能器的作用。当设置了多个定位孔后，通过定位销能定位手轮，还能将手轮定位到不同的位置，能更好的夹持超声波换能器。

进一步的，在机架上位于卸料装置的位置设有顶出装置；所述的顶出装置包括连接杆、连接板、顶出气缸和顶出杆，连接杆连接在机架上，连接板连接在连接杆的下端，顶出气缸安装在连接板上，顶出杆连接在顶出气缸的活塞杆上，顶出杆位于通孔的正下方。该结构，当顶出气缸工作，顶出气缸带动顶出杆向上运动，顶出杆穿过通孔给予碳纤维复合板一顶出力，减小卸料吸盘对碳纤维复合板的吸附卸料力，提高了卸料的可靠性。

附图说明

图1为碳纤维复合材料超声波转盘式自动磨削设备的立体图。

图2为碳纤维复合材料超声波转盘式自动磨削设备第二视角立体图。

图3为碳纤维复合材料超声波转盘式自动磨削设备第三视角立体图。

图4为机架、转盘装置、夹具和顶出装置的示意图。

图5为机架、转盘装置、夹具和顶出装置的分解图。

图6为机架、转盘装置、夹具和顶出装置的俯视图。

图7为图6中a-a剖视图。

图8为夹具的分解图。

图9为料架装置的立体图。

图10为料架装置的分解图。

图11为第一上料装置的示意图。

图12为第二上料装置的立体图。

图13为第二上料装置另一视角的立体图。

图14为第二上料装置的分解图。

图15为铆接磨削装置的部分立体图。

图16为铆接装置的示意图。

图17为磨削头的立体图。

图18为磨削头的分解图。

图19为磨削头正面示意图。

图20为磨削头的剖视图。

图21为卸料装置的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步详细说明。

如图1至图3所示，碳纤维复合材料超声波转盘式自动磨削设备包括机架1、转盘装置2、料架装置3、第一上料装置4、输料装置5、第二上料装置6、铆接磨削装置7、卸料装置8和顶出装置9。

在机架1的底部安装有脚轮11，方便移动整个设备。在机架1的底部安装有调节螺杆12和设在调节螺杆下端的支撑脚13，当设备移动到位后，通过旋转调节螺杆12，则能让支撑脚13支承在地面上，让脚轮11悬空，避免设备移动。机架1具有机架顶板10。

按照顺时针方向，第一上料装置4、第二上料装置6、铆接磨削装置7和卸料装置8布置在转盘装置的圆周上。

如图4至图7所示，所述的转盘装置2包括转盘驱动21、转轴22和转盘23。

所述的转盘驱动21包括驱动马达211、主动带轮212、从动带轮213和传动带214。在机架顶板10上安装有相对于驱动马达211对称的驱动马达支承块215，驱动马达支承块215穿过机架顶板10，在驱动马达支承块215的下端固定有驱动马达安装板216，驱动马达211安装在驱动马达安装板216上，在马达安装板216上设有腰型孔2161，这样，可调节马达安装板216与马达支承块215之间的相对位置，以调节驱动马达211的位置。通过在机架顶板10上设置马达支承块215，则可提高驱动马达的安装强度，驱动马达211输出轴穿过驱动马达安装板216和机架顶板10。主动带轮212安装在驱动马达211的输出轴上，主动带轮212位于机架顶板10的上方，从动带轮213安装在转轴22上，传动带214套在主动带轮212与从动带轮213之间。

转轴22通过轴承安装在机架顶板10上，在转轴22的上端通过螺纹安装有支承环221。转盘23安装转轴22上，通过支承环221支承转盘23，防止转盘23因受到向下的力而损坏转轴22。在转盘23上以转盘的旋转中心为圆心圆周均布有四个安装位231，在安装位231上安装有夹具1a。

如图4、图5和图8所示，所述的夹具1a包括支承架1a1、承载座1a2、中间板1a3、限位板1a4、定位板1a5、承载块1a6和上板1a7。支承架1a1呈z字形，在每一安装位231的两端分别通过快锁机构安装有支承架1a1，快锁机构属于现有结构，再次不在赘述；支承架1a1的一端通过快锁机构连接在转盘23上。承载座1a2的两端支承承载端1a21，且承载座1a2与支承架1a1之间通过螺栓和销钉连接，承载端1a21高于承载座1a2的中部底面，承载端1a21由两支承架的内端支承，中间板1a3安装在承载座1a2上，上板1a7具有容置腔1a71，上板1a7安装在中间板1a3上，限位板1a4安装在位于容置腔内的中间板1a3上，限位板1a4的上表面到上板1a7的上表面之间的高度小于碳纤维复合板100的厚度，定位板1a5设在位于容置腔内的中间板1a3上，定位板1a5上具有向上延伸的定位块1a51；在承载座1a2、中间板1a3和定位板1a5上设有相通的通孔1a8；在承载座1a2上设有穿过中间板和定位板的承载块1a6，承载块1a6的上表面与限位板的上表面在同一水平面上。

如图9和图10所示，所述的料架装置3包括底架31、料架32、料框33和顶升机构34。

在底架31的底部安装有底架脚轮311，方便移动设备，在底架3的底部安装有底架调节螺杆和设在底架调节螺杆下端的支撑脚，当设备移动到位后，通过旋转底架调节螺杆，则能让底架支撑脚支承在地面上，让底架脚轮311悬空，避免设备移动。

在底架31上安装有两个相对设置的支承块35，在两支承块35之间设有调节导杆36，在其中一支承块上设有调节气缸37，在调节气缸37的活塞杆上连接有沿调节导杆36滑动的调节滑块38，调节滑块38上固定有调节座39，在调节座39上设有料框旋转气缸310，在料框旋转气缸310上设有旋转板311，所述的旋转板311的两端设有缺口3111，在旋转板311上位于缺口处分别设有料框33。

所述的料框33包括立板331和连接在立板两侧的侧板332，在侧板远离立板331的一端具有向内的弯折部333，两弯折部333之间具有上下贯通的开口。在侧板和立板的下端支承支承板，用于支承放置在料框内的碳纤维复合板。

所述的顶升机构34包括顶升电机341、顶升主动带轮342、顶升从动带轮343、顶升传动带344、顶升螺杆345、顶升螺母346、顶升滑块347、顶升导杆348和顶升块349。顶升电机341安装在底架31上，顶升主动带轮342安装在顶升电机341的输出轴上，顶升从动带轮343安装在顶升螺杆345上，顶升传动带344套在顶升主动带轮342与顶升从动带轮343之间，在料架32上安装有顶升支承块3410，顶升螺杆345通过轴承安装在顶升支承块3410与底架31之间，顶升螺母346与顶升螺杆345啮合，顶升螺母346安装在顶升滑块347上，顶升导杆348安装在顶升支承块3410与底架31之间，顶升导杆348设置有两根，分别位于顶升螺杆的两侧，顶升滑块347滑动的设在顶升导杆348上，顶升块349安装在顶升滑块347上，顶升块349的一端位于其中一料框垂直向下的投影内，顶升块349可在开口和料框内上下滑动。

当靠近转盘的料框内的碳纤维复合板上料完后，启动料框旋转气缸，料框旋转气缸带动旋转板旋转，将装有碳纤维复合板的另一料框旋转到靠近转盘的位置，在磨削过程中，在空的料框内放置碳纤维复合板。上述结构，如果调节气缸工作，调节气缸能带动调节滑块沿着调节导杆运动，这样，就可以调节料框的位置，以适用于不同的碳纤维复合板的吸附。料框旋转气缸可带动旋转板旋转，对两个料框的位置进行切换，当其中一个料框的料被取光后，将放置有碳纤维复合板的料框旋转到取料位上，然后对空的料框放料，这样，在不需要停机的情况下可连续的进行磨削，提高了效率。

顶升机构的工作原理是：如果靠近转盘一侧的料框中的碳纤维复合板被取走一块后，启动顶升电机，顶升电机通过顶升主动带轮、顶升传动带和顶升从动带轮带动顶升螺杆旋转，顶升螺杆通过顶升螺母带动顶升滑块向上运动一个碳纤维复合板厚度的距离，将下面的碳纤维复合板向上顶升，便于下一次来取碳纤维复合板。如果该料框中的碳纤维复合板全部被取走后，顶升电机反转，让顶升块复位，便于放置碳纤维复合板。

如图11所示，第一上料装置4包括第一上料架41、第一无杆气缸42、第一导杆43、第一滑块44、第一支架45、第一升降气缸46和第一吸盘47。第一上料架41安装在料架32与机架1之间，第一无杆气缸42安装在第一上料架41上，第一导杆43安装在第一上料架41上，第一滑块44滑动的设在第一导杆43上，第一支架45安装在第一滑块44上，第一升降气缸46安装在第一支架45上，在第一升降气缸46的活塞杆上安装有第一连接架48，第一吸,47安装在第一连接架48上；在上料时，第一吸盘47位于靠近转盘的料框上方。如第一无杆气缸42工作，第一无杆气缸42带动第一滑块44在第一导杆43上运动，第一滑块44带动第一支架45、第一升降气缸46、第一连接架48和第一吸盘47运动。如第一升降气缸46工作，第一升降气缸46带动第一连接架48和第一吸盘47上下运动。

如图3所示，所述的输料装置5包括输料架51、振动马达52、振动盘53、导轨支架54和送料导轨55。输料架51设在机架1的一侧，振动马达52安装在输料架51上，振动盘53设在振动马达52上，导轨支架54安装在输料架51上，送料导轨55设在导轨支架54上，送料导轨55的一端连接在振动盘53的输出端，送料导轨55的另一端位于转盘的上方。

如图12-14所示，所述的第二上料装置6包括支承臂61、第二无杆气缸62、第二滑块63、第二支架64、升降无杆气缸65、升降滑块66、升降座67、上料座68、第二升降气缸69和第二吸盘610。支承臂61安装在输料架31上，在送料导轨的两侧分别设有支承臂61，第二无杆气缸62设在支承臂61的上端并横跨送料导轨，第二滑块63设在第二无杆气缸62上，第二支架64设在第二滑块63上，升降无杆气缸65设在第二支架64上，升降滑块66设在升降无杆气缸65上，升降座67设在升降滑块66上，上料座68通过滑轨滑动的设在升降座67上，第二升降气缸69设在升降座67上，第二升降气缸69的活塞杆连接在上料座68上，第二吸盘610设在上料座68上。

如图15和图16所示，所述的铆接磨削装置7包括机座71、x轴滑动平台72、y轴滑动平台73、立臂74、铆接机构75和磨削机构76。机座71安装在机架1上，x轴滑动平台72滑动的设在机座71上，x轴滑动平台通过安装在机座上的x轴气缸驱动，y轴滑动平台73滑动的设在x轴滑动平台72上，y轴滑动平台73通过安装在x轴滑动平台上的y轴气缸驱动，立臂74安装在y轴滑动平台73上。通过控制x轴气缸和y轴气缸可分别带动x轴滑动平台滑动和y轴滑动平台滑动。

所述的铆接机构75包括铆接气缸751、铆接座752和铆接头753，铆接气缸751安装在立臂74上，铆接座752安装在铆接气缸751的活塞杆上，铆接头753安装在铆接座752上。如铆接气缸工作，铆接气缸带动铆接座向下运动，铆接座带动铆接头向下运动，铆接头对铆接销进行铆接，铆接完成后，铆接气缸反向运动复位。

所述的磨削机构76包括磨削气缸761、磨削升降滑座762、磨削旋转电机763、刀座764和磨削头765。磨削气缸761安装在立臂74上，磨削升降滑座762滑动的设在立臂74上，磨削旋转电机763安装在磨削升降滑座762上，刀座764安装在磨削旋转电机763的输出轴上。

如图17至图20所示，所述的磨削头766包括刀柄1b、超声波发生器(未示出)、超声波换能器2b、变幅杆3b和刀具4b。

刀柄1b包括刀柄本体11b和连接在刀柄本体11b上的连接头12b，刀柄本体11b连接在刀座上，连接头12b具有从下到上的容置腔121b，在连接头12b的下端位于容置腔内设有内锥面122b。

在连接头12b的顶部位于容置腔内设有连接座5b，所述的连接座5b包括导向杆51b和位于导向杆51b外设有套筒52b，套筒52b与导向柱51b之间形成空间；在套筒52b的下端设有与钩爪数量相同的避让槽521b。套筒52b的下端铰接有圆周均布的三个以上的钩爪6b，钩爪6b的上端位于避让槽521b内，通过避让槽521b能给钩爪6b摆动的空间。在导向柱51b上滑动的设有齿条61b，在连接头12b上通过驱动轴62b设有与齿条啮合的齿轮63b，驱动轴62b上连接有驱动机构，所述的驱动机构为手轮，在连接头上设有圆周分布的二个以上的定位孔，在手轮上设有能插入到定位孔的定位销。当然驱动机构也可以为伺服电机。在齿条61b的下端与钩爪之间铰接有连杆64b。

超声波发生器上连接有第一电磁线圈；在连接头内设第二电磁线圈，第二电磁线圈电性连接到超声波换能器。

变幅杆3b连接在超声波换能器2b上，变幅杆3b的上端具有凸缘31b，凸缘31b的侧面具有与内锥面配合的外锥面311b，在连接头的下端位于容置腔内设有凸起(未示出)，在外锥面上设有定位槽(未示出)，凸起卡置到定位槽内。该结构，能防止变幅杆相对于连接头旋转，防止刀具无法加工。

刀具4b包括刀杆41b和连接在刀杆上的砂轮42b，砂轮42b的侧面为下小上大的锥面。刀杆41b连接在变幅杆上。超声波换能器的上端设有供钩爪卡置的环形槽21b。

上述结构，如需要加工碳纤维复合材料，将磨削装置安装到主轴上，然后启动超声波发生器，超声波发生器将工频交流电信号转换为超声频交流电信号，通过第一电磁线圈与第二电磁线圈给第二电磁线圈供电，将超声频交流电信号传输到超声波换能器2b上，通过超声波换能器2b将电信号转换为机械振动，从而带动变幅杆3b振动，最终带动刀具4b振动，刀具通过主轴带动旋转。通过刀具对碳纤维复合材料进行加工。在磨削过程中，由于刀具产生了机械振动，在进给过程中，不容易引起碳纤维复合材料分层、毛刺、撕裂等缺陷，刀具磨损少，切削力小，刀具温度容易控制，超声波辅助加工可靠。在该结构中，驱动机构可驱动驱动轴旋转，驱动轴驱动齿轮旋转，齿轮带动齿条直线运动，齿条的运动通过连杆带动钩爪摆动，从而能实现钩爪夹持和松开超声波换能器，实现对超声波换能器、变幅杆和刀具的快速安装和拆卸。在夹持超声波换能器时，由于内锥面和外锥面的存在，因此，能让变幅杆与连接头进行很好的配合。采用电磁线圈无线供电，避免采用接触式供电而让旋转的磨削装置磨损。

采用本发明的砂轮，带锥面砂轮在去除过程中，水平方向进给量为角fh，砂轮锥面母线与加工平面的夹角为α。在加工过程中，砂轮形式对去除过程会有一定的影响，砂轮底面为单纯的平面时，工件进给一段距离fh时，砂轮切削部分单位长度去除材料的厚度与砂轮和工件的接触长度相同。使用带锥度的砂轮时，当砂轮进给距离为fh时，砂轮锥面母线与去除层的接触长度为fh/cosα，砂轮单位长度对去除层的磨削厚度仅为fh×tanα，α角越小，锥面母线与与去除层接触长度越长，砂轮单位长度对去除层的磨削厚度越小。锥面的设计增加了工具与工件的接触面积，减小了砂轮单位面积上所受的作用，对减小砂轮磨损和延长砂轮寿命有一定的作用。

在本发明中，铆接头上升后，让刀具下降到低于铆接头，则可对碳纤维复合板进行磨削。

如图21所示，所述的卸料装置8包括卸料架81、卸料无杆气缸82、卸料导杆83、卸料滑块84、卸料支架85、卸料升降气缸86和卸料吸盘87。卸料架81安装在机架1上，卸料无杆气缸82安装在卸料架81上，卸料导杆83安装在卸料料架81上，卸料滑块84滑动的设在卸料导杆83上，卸料支架85安装在卸料滑块84上，卸料升降气缸86安装在卸料支架85上，卸料吸盘87通过卸料连接架88安装在卸料升降气缸的活塞杆上。

如图5所示，在机架1上位于卸料装置的位置设有顶出装置9；所述的顶出装置9包括连接杆91、连接板92、顶出气缸93和顶出杆94，连接杆连接在机架上，连接板连接在连接杆的下端，顶出气缸安装在连接板上，顶出杆连接在顶出气缸的活塞杆上，顶出杆位于通孔的正下方。

碳纤维复合材料超声波转盘式自动磨削设备的磨削方法如下步骤：

(1)将碳纤维复合板叠放在料框内，碳纤维复合板上具有铆钉销101，将嵌件放入到振动盘内。

(2)启动振动马达，振动马达带动振动盘振动，嵌件在振动盘的振动下从振动盘的输出端进入到送料导轨内，并从送料导轨连续输出。

(3)启动第一无杆气缸，第一无杆气缸带动第一滑块沿着第一导杆运动，第一滑块带动第一支架运动到料框的上方，第一支架带动第一升降气缸运动，第一升降气缸带动第一吸盘运动，当第一吸盘位于料框的上方时，第一无杆气缸停止运动，第一升降气缸带动第一吸盘向下运动，通过第一吸盘从料框内吸附一碳纤维复合板，然后第一升降气缸反向运动，当被吸附的碳纤维复合板离开料框后，第一升降气缸停止运动，启动第一无杆气缸，通过第一无杆气缸带动第一滑块、第一支架、第一升降气缸、第一吸盘和被吸附的碳纤维复合板向转盘方向运动，当被吸附的碳纤维复合板运动到其中一安装位的夹具的上方时，第一无杆气缸停止运动，启动第一升降气缸，通过第一升降气缸将被吸附的碳纤维复合板放置到夹具上，然后第一升降气缸复位；当料框内的碳纤维复合板被取走后，通过顶升机构顶升料框内的碳纤维复合板向上运动一块碳纤维复合板的高度。采用本发明的夹具，采用支承架支承承载座，所述的承载座主要承载铆接时的铆接力，避免碳纤维复合板与嵌件在铆接过程中变形。通过限位板支承碳纤维复合板，并让碳纤维复合板高出上板，避免在磨削过程中刀具磨削到上板。定位板对碳纤维复合板进行定位，防止碳纤维复合板发生位移。承载块位于放置嵌件的正下方，用于承载铆接力，这样，在铆接过程中就不会出现碳纤维复合板变形、损坏的现象。

(4)启动转盘驱动，转盘驱动带动转轴旋转，转轴带动转盘旋转，将放置有碳纤维复合板的夹具旋转到第二上料装置的工位上；同时被卸料的夹具旋转到第一上料装置的工位上。

(5)启动第二无杆气缸，通过第二无杆气缸带动第二滑块、第二支架、升降无杆气缸、升降滑块、升降座、上料座、第二升降气缸和第二吸盘运动到送料导轨的上方，停止第二无杆气缸，启动第二升降气缸，第二升降气缸带动第二吸盘向下运动，通过第二吸盘吸附送料导轨上的嵌件，然后第二升降气缸反向运动让被吸附的嵌件离开送料导轨，停止第二升降气缸，然后启动第二无杆气缸，通过第二无杆气缸带动嵌件运动到碳纤维复合板上的铆钉销的上方，然后停止第二无杆气缸，启动升降无杆气缸，升降无杆气缸带动升降滑块、升降座、上料座、第二升降气缸和第二吸盘向下运动的，当升降无杆气缸运动到最下的行程时，停止升降无杆气缸，启动第二升降气缸，第二升降气缸带动上料座和第二吸盘向下运动，将嵌件嵌入到碳纤维复合板内，并让铆钉销穿过嵌件的孔，所述的嵌件的孔的上端具有沉头孔；然后第二升降气缸和升降无杆气缸复位。

(6)在步骤(5)的同时重复步骤(3)，将下一个碳纤维复合板放置到第一上料装置工位上的夹具上。

(7)启动转盘驱动，转盘驱动带动转轴旋转，转轴带动转盘旋转，将第二上料装置工位处的夹具旋转到铆接磨削装置的工位上；同时放置有碳纤维复合板的夹具旋转到第二上料装置的工位上；被卸料的夹具旋转到第一上料装置的工位上。

(8)启动铆接机构，通过铆接机构对铆钉销进行铆接，让铆接销的上端位于沉头孔内；铆接完成后，启动磨削机构，通过磨削机构对碳纤维复合板和嵌件进行磨削。

(9)在进行步骤(8)的同时重复步骤(3)和步骤(5)。

(10)启动转盘驱动，转盘驱动带动转轴旋转，转轴带动转盘旋转，将铆接磨削装置工位处的夹具旋转到卸料装置的工位处，第二上料装置工位处的夹具旋转到铆接磨削装置的工位上；同时放置有碳纤维复合板的夹具旋转到第二上料装置的工位上；被卸料的夹具旋转到第一上料装置的工位上。

(11)启动卸料无杆气缸，卸料无杆气缸带动卸料滑块沿着卸料导杆运动，卸料滑块带动卸料支架运动到夹具的上方，卸料支架带动卸料升降气缸运动，卸料升降气缸带动卸料吸盘运动，当卸料吸盘位于夹具的上方时，卸料无杆气缸停止运动，卸料升降气缸带动卸料吸盘向下运动，通过卸料吸盘从夹具上吸附具有嵌件的碳纤维复合板，然后启动顶出机构，然后卸料升降气缸反向运动，当被吸附的碳纤维复合板离开夹具后，卸料升降气缸停止运动，启动卸料无杆气缸，通过卸料无杆气缸带动卸料滑块、卸料支架、卸料升降气缸、卸料吸盘和被吸附的碳纤维复合板远离转盘方向运动，当被吸附的碳纤维复合板运动到离开转盘时，卸料无杆气缸停止运动，释放掉具有嵌件的碳纤维复合板，完成整个的磨削。在步骤中，当顶出气缸工作，顶出气缸带动顶出杆向上运动，顶出杆穿过通孔给予碳纤维复合板一顶出力，减小卸料吸盘对碳纤维复合板的吸附卸料力，提高了卸料的可靠性。

(12)在进行上述步骤(11)的同时，进行步骤(3)、(5)和(8)。

上述磨削设备和磨削方法，在第一上料装置的工位处将碳纤维复合板从料框内放置到夹具上，在第二上料装置的工位上将振动盘输入到送料导轨上的嵌件通过第二上料装置放置到碳纤维复合板内，在铆接磨削装置的工位上对碳纤维复合板和嵌件进行铆接后磨削，在卸料装置的工位处将磨削好的碳纤维复合板卸掉，通过转盘的转动切换各工位，实现自动上料、铆接、磨削和卸料，提高了磨削的效率，降低了人工成本。