本发明的一种用于磁脉冲焊接的圆管对心柔性夹具，包括调节机构和工件固定机构，其中：所述调节机构包括底座(8)、蜗杆轴系和中心轴系；所述工件固定机构结构用于安置不同尺寸的圆管工件，并通过尼龙搭扣连接的方式对圆管工件进行固定。本发明还给出了圆管工件调节距离的计算公式，详细说明了该夹具的使用方法，简单可靠，方便操作。
1.一种用于磁脉冲焊接的圆管对心柔性夹具，其特征在于包括调节机构和工件固定机构，其中：所述调节机构包括底座(8)、蜗杆轴系和中心轴系；底座(8)作为装配基础；沿底座(8)宽度方向，在底座(8)的正面安装标尺(3)，同时设置垂直于底座(8)正面的第一阶梯盲孔，第一阶梯盲孔开口端面周向均匀钻制螺纹孔，用以安装蜗杆轴系；底座(8)两侧制有凸耳，凸耳上端面钻通孔，通过连接件使得底座(8)与工作台固定；沿底座高度方向，在底座顶面中心设置第二阶梯通孔，第二阶梯通孔底部周向均匀钻制螺纹孔，用以安装中心轴系；在底座(8)上方前后两侧边角切制成斜面，底座(8)上端面沿着与标尺(3)平行的方向对称切制两条L形通槽，用以安置工件固定机构；蜗杆轴系与中心轴系配合形成传动系统；所述工件固定机构用于安置不同尺寸的圆管工件，并通过尼龙搭扣连接的方式对圆管工件进行固定；
蜗杆轴系包括分离式调节手柄(6)、蜗杆端盖(5)、蜗杆轴(21)；蜗杆轴(21)两端通过深沟球轴承支承，并安装于底座(8)的第一阶梯盲孔内，蜗杆端盖(5)通过法兰盘上的孔与底座(8)形成螺栓连接，从而实现蜗杆轴系的轴向定位；蜗杆轴(21)外侧端面制有方形盲孔，分离式调节手柄(6)上制有与之配合的方形凸台，分离式调节手柄(6)通过蜗杆端盖(5)中间的圆孔插入，与蜗杆轴(21)端面的方形盲孔配合；
中心轴系包括蜗轮端盖(17)、套管(20)、分离弹簧(18)、滑动芯轴(19)、蜗轮(16)、中心齿轮(15)、拨片(14)、齿轮端盖(13)；
其中，蜗轮端盖(17)的法兰边与套管(20)大端法兰边贴紧后插入底座(8)中心孔内；涡轮端盖(17)内安装推力球轴承，推力球轴承上端面与蜗轮(16)下端面贴紧配合，蜗轮(16)上端面与安装在套管(20)内侧第二阶梯通孔的深沟球轴承内圈配合，套管(20)外侧阶梯孔内的深沟球轴承内圈与中心齿轮(15)下端面贴紧配合，中心齿轮(15)上端面与安装在齿轮端盖(13)内的深沟球轴承内圈贴紧配合，齿轮端盖(13)通过法兰边的周向孔与螺钉固定在中心孔上端面，完成中心轴系零部件的轴向固定；滑动芯轴(19)圆柱外表面与配合的轴承内圈同轴配合，并有两段花键，分别与中心齿轮(15)与蜗轮(16)形成花键连接，从而使中心齿轮(15)和蜗轮(16)同轴配合；此外，滑动芯轴(19)小端与安置在涡轮端盖(17)内的分离弹簧(18)接触配合，滑动芯轴(19)在弹簧力的作用下实现往复滑动；齿轮端盖(13)为透盖，并且通孔一侧安装拨片(14)，转动拨片(14)抵住滑动芯轴(19)大端端面可限制或允许滑动芯轴(19)的轴向移动。
2.根据权利要求1所述的用于磁脉冲焊接的圆管对心柔性夹具，其特征在于：所述工件固定机构包括左卡爪(2)、右卡爪(10)、左卡爪齿条(9)、右卡爪齿条(7)、卡爪绝缘垫(12)、尼龙绒带(1)和尼龙钩带(27)；
其中：左卡爪齿条(9)和右卡爪齿条(7)是用来连接调节机构与左卡爪(2)和右卡爪(10)的零件；
左卡爪(2)和右卡爪(10)斜面上粘贴卡爪绝缘垫(12)，左卡爪(2)和右卡爪(10)的背面粘贴尼龙钩带(27)与尼龙绒带(1)形成尼龙搭扣以固定工件，左卡爪(2)和右卡爪(10)下端开设对称斜面与底座(8)前后两侧的斜面配合直线移动；左卡爪(2)与左卡爪齿条(9)固定连接，右卡爪(10)与右卡爪齿条(7)固定连接，左卡爪(2)和右卡爪(10)下端的L形凸起部分与底座(8)上的L形通槽配合，左卡爪齿条(9)和右卡爪齿条(7)沿移动轨道直线运动，并与中心齿轮(15)形成齿轮齿条配合，当中心齿轮转动时，左卡爪齿条(9)和右卡爪齿条(7)沿相对方向直线移动，从而带动固连的左卡爪(2)和右卡爪(10)靠拢或分离。
3.根据权利要求2所述的用于磁脉冲焊接的圆管对心柔性夹具，其特征在于：
其中，左卡爪(2)和右卡爪(10)的背面通过强力胶粘贴尼龙钩带(27)，采用较宽的尼龙绒带(1)和尼龙钩带(27)形成尼龙搭扣连接，当调节机构完成调节后，将圆管工件(11)置于左卡爪(2)和右卡爪(10)组成的V型安置面上，再将尼龙绒带(1)一端粘附在一侧卡爪背面的尼龙钩带(27)上，拉紧后压住工件粘附在另一侧卡爪背面的尼龙钩带(27)上即能够实现工件固定。
一种用于磁脉冲焊接的圆管对心柔性夹具
技术领域
[0001] 本发明涉及一种圆管对心柔性夹具，特别涉及一种用于磁脉冲焊接的圆管对心柔性夹具，属于机械加工制造领域。
背景技术
[0002] 随着新能源汽车的发展，为了应对汽车轻量化的要求，汽车制造业逐渐采用铝合金代替传统钢材，因此铝合金及铝-钢结构异种金属焊接问题成为焊接领域急需解决的焦点问题。由于铝、钢两种金属材料性质差异大，因此难以用传统的焊接方法进行焊接。与其他焊接技术相比，磁脉冲焊接技术在异种金属的焊接方面有着巨大的优势和广阔的应用前景。目前，国外很多单位已经将此技术应用于工业生产，而国内还处于研究和推广阶段，为了促进磁脉冲焊接技术的工业化应用，有必要设计磁脉冲焊接技术相关的基础工装设备。而目前磁脉冲焊接设备制造公司提供的工装夹具笨重、功能单一、不能适应柔性制造的要求。
发明内容
[0003] 本发明的目的在于提供一种能够适应不同尺寸的管件夹持，进而实现柔性制造的工装。同时本发明使得夹具的使用方法简单可靠，方便操作。
[0004] 本发明的技术方案是提供了一种用于磁脉冲焊接的圆管对心柔性夹具，其特征在于包括调节机构和工件固定机构，其中：所述调节机构包括底座、蜗杆轴系和中心轴系；底座作为装配基础；沿底座宽度方向，在底座的正面安装标尺，同时设置垂直于底座正面的第一阶梯盲孔，第一阶梯盲孔开口端面周向均匀钻制螺纹孔，用以安装蜗杆轴系；底座两侧制有凸耳，凸耳上端面钻通孔，通过连接件使得底座与工作台固定；沿底座高度方向，在底座顶面中心设置第二阶梯通孔，第二阶梯通孔底部周向均匀钻制螺纹孔，用以安装中心轴系；在底座上方前后两侧边角切制成斜面，底座上端面沿着与标尺平行的方向对称切制两条L形通槽，用以安置固定机构；蜗杆轴系与中心轴系配合形成传动系统；所述工件固定机构结构用于安置不同尺寸的圆管工件，并通过尼龙搭扣连接的方式对圆管工件进行固定。
[0005] 本发明的有益效果在于：本发明包含两个传动副，可轻松切换至粗调与细调。工件固定通过简单可靠的尼龙搭扣方式固定，与卡爪配合可适应不同尺寸的管件夹持，适合柔性制造。本发明还给出了圆管工件调节距离的计算公式，详细说明了该夹具的使用方法，简单可靠，方便操作。
附图说明
[0006] 图1为本发明的圆管对心柔性夹具的等轴侧视图(含工件)；
[0007] 图2为本发明的圆管对心柔性夹具内部结构的正面剖视与局部剖视图(含工件)；
[0008] 图3为本发明的圆管对心柔性夹具的内部主要结构的侧面与俯视局部剖视视图；
[0009] 图4为本发明的圆管对心柔性夹具拆去一部分零件的调节机构的三维视图；
[0010] 图5为本发明的圆管对心柔性夹具的调节距离公式的原理说明图；
[0011] 图6为本发明的圆管对心柔性夹具安装于工作台上的作业状态图；
[0012] 图7为本发明的圆管对心柔性夹具处于作业状态的正面剖视图；
[0013] 其中：1-尼龙绒带，2-左卡爪，3-标尺，4-磁性调零指针5-蜗杆端盖，6-非固定调节手柄，7-右卡爪齿条，8-底座，9-左卡爪齿条，10-右卡爪，11-圆管工件，12-卡爪绝缘垫，13-齿轮端盖，14-拨片，15-中心齿轮，16-蜗轮，17-蜗轮端盖，18-分离弹簧，19-滑动芯轴，20-套管，(21)-蜗杆轴，22-线圈，23-橡皮挡块，24-直线轴承导轨，25-直线轴承，26-工作台，27-尼龙钩带。
具体实施方式
[0014] 为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0015] 如图1所示，本发明的一种用于磁脉冲焊接的圆管对心柔性夹具包括调节机构和工件固定机构。
[0016] 其中：所述调节机构包括底座8、蜗杆轴系和中心轴系三部分。
[0017] 其中，结合图1，底座8作为装配基础。沿底座8宽度方向，在底座8的正面安装标尺3，同时设置垂直于底座8正面的第一阶梯盲孔，第一阶梯盲孔开口端面周向均匀钻制螺纹孔，以安装蜗杆轴系；此外，底座8两侧制有凸耳，凸耳上端面钻通孔，通过连接件使得底座8与工作台固定；沿底座高度方向，在底座顶面中心设置第二阶梯通孔，第二阶梯通孔底部周向均匀钻制螺纹孔，用以安装中心轴系；在底座8上方两侧边角切制成斜面，底座8上端面沿着与标尺3平行的方向对称切制两条L形通槽，。蜗杆轴系与中心轴系配合形成传动系统；
[0018] 所述工件固定机构结构用于安置不同尺寸的圆管工件，并通过尼龙搭扣连接的方式对圆管工件进行固定。
[0019] 其中，如图2的B-B局部剖视图所示，蜗杆轴系包括分离式调节手柄6、蜗杆端盖5、蜗杆轴21。
[0020] 蜗杆轴21两端通过深沟球轴承支承，并安装于底座8的安装孔内，蜗杆端盖5通过法兰盘上的孔与底座8形成螺栓连接，从而实现蜗杆轴系的轴向定位；蜗杆轴21外侧端面制有方形盲孔，分离式调节手柄6上制有与之配合的方形凸台，分离式调节手柄6通过蜗杆端盖5中间的圆孔插入，与蜗杆轴21端面的方形盲孔配合；
[0021] 其中，中心轴系包括蜗轮端盖17、套管20、分离弹簧18、滑动芯轴19、蜗轮16、中心齿轮15、拨片14、齿轮端盖13。
[0022] 按照从下至上的装配关系，蜗轮端盖17的法兰边与套筒20大端法兰边贴紧后插入底座8中心孔内同轴配合，两者法兰边上周向均匀打孔，孔对齐后通过螺钉固定在底座8上；涡轮端盖17内安装推力球轴承，推力球轴承上端面与蜗轮16下端面贴紧配合，蜗轮16上端面与安装在套筒20内侧阶梯孔内的深沟球轴承内圈贴紧配合，至此套筒20内的零部件均已实现轴向定位；套筒20外侧阶梯孔内的深沟球轴承内圈与中心齿轮15下端面贴紧配合，中心齿轮15上端面与安装在齿轮端盖13内的深沟球轴承内圈贴紧配合，齿轮端盖13通过法兰边的周向孔与螺钉固定在中心孔上端面，完成中心轴系另一端零部件的轴向固定；滑动芯轴19圆柱外表面与配合的轴承内圈同轴配合，并有两段花键，分别与中心齿轮15与蜗轮16形成花键连接，从而使中心齿轮15和蜗轮16同轴配合。此外，滑动芯轴19小端与安置在涡轮端盖17内的分离弹簧18接触配合，滑动芯轴19在弹簧力的作用下可实现往复滑动；齿轮端盖13为透盖，并且通孔一侧安装拨片14(参考图3俯视图结构)，转动拨片14抵住滑动芯轴19大端端面可限制或允许滑动芯轴19的轴向移动。
[0023] 图3所示，所述工件固定机构主要包括左卡爪2、右卡爪10、左卡爪齿条9、右卡爪齿条7、卡爪绝缘垫12、磁性调零指针4、尼龙绒带1和尼龙钩带27。其中左卡爪齿条9和右卡爪齿条7是用来连接调节机构与左右卡爪的零件。
[0024] 其中，结合图1所示，左卡爪2和右卡爪10斜面上粘贴卡爪绝缘垫12以减少在磁脉冲焊接过程中对焊接件的影响，背面粘贴尼龙钩带27与尼龙绒带1形成尼龙搭扣以固定工件，下端开设对称斜面可与底座8上端两侧的斜面配合直线移动；如图3中D-D剖视图所示，左卡爪2、右卡爪10制有避免干涉的交错切口，使得两个卡爪可以进一步靠拢，左卡爪2与左卡爪齿条9通过螺钉固定连接，右卡爪10与右卡爪齿条7连接形式与之相同，左右卡爪下端的L凸起部分与底座8上的L形通槽配合，左卡爪2与右卡爪10上还开设了使齿条通过的移动轨道，因此固定连接并安装在底座8上卡爪——齿条组合部件只能沿通槽直线移动；再如图3中局部放大视图C所示，左卡爪齿条9和右卡爪齿条7只能沿移动轨道直线运动，并与中心齿轮15形成齿轮齿条配合，当中心齿轮转动时，两侧齿条沿相对方向直线移动，从而带动固连的左卡爪2和右卡爪10靠拢或分离。
[0025] 其中，左卡爪2和右卡爪10的背面通过强力胶粘贴尼龙钩带27，采用较宽的尼龙绒带1和尼龙钩带27形成尼龙搭扣连接，能形成较高强度的连接。当调节机构完成调节后，将圆管工件11置于左卡爪2和右卡爪10组成的V型安置面上，再将尼龙绒带1一端粘附在一侧卡爪背面的尼龙钩带27上，拉紧后压住工件粘附在另一侧卡爪背面的尼龙钩带27上即可实现工件固定，图1展示了工件固定后的夹具。
[0026] 其中，再如图1所示，磁性调零指针4具有磁性，当调节两侧卡爪完全靠拢时，对准标尺3零刻度线处将磁性调零指针4吸附在右卡爪10侧面即可完成调零。
[0027] 如图4所示，拆去了一部分零件，通过三维立体视图更加直观的体现了夹具内部的传动调节机构，结合上述几图，此处说明本发明工作原理
[0028] 其中，调节机构包括两组传动副，中心齿轮15与左卡爪齿条9、右卡爪齿条7形成传动比较小的齿轮齿条副，用于粗调；蜗杆21与蜗轮16形成传动比较大的蜗轮蜗杆副，用于细调；拨片14与分离弹簧18组成切换机构，可切换粗调与细调模式；粗调时，拨动拨片14离开滑动芯轴19上端面，滑动芯轴19在分离弹簧18的弹力下向上移动，使得其中一段花键与蜗轮不再配合，而另一段花键依然与齿轮配合，此时机构不具有自锁功能，可以快速推动两个卡爪到达指定位置；细调时，按动滑动芯轴19克服分离弹簧18的弹力向下移动，拨动拨片14挡住滑动芯轴19上端面，花键与蜗轮再次配合，另一段花键始终与齿轮配合，此时可以转动非固定调节手柄6精细调节两个卡爪到达准确位置(该位置的确定在下述有详细说明)；此外，由于蜗轮蜗杆副具有自锁功能，完成细调后拔出非固定调节手柄6，两侧卡爪在外力作用下便不会有相对移动，即可进行固定步骤；固定工件采用了简单高效的尼龙搭扣方式，该连接方式也是实现柔性适应的关键部分，完成定位调节后，将圆管工件11置于左卡爪2和右卡爪10组成的V型面上，再将尼龙绒带1一端粘附在一侧卡爪背面的尼龙钩带27上，拉紧后压住工件粘附在另一侧卡爪背面的尼龙钩带27上即可实现工件固定。
[0029] 如图5所示，此处说明了调节位置的确定方法，为了形成良好的焊接，两个对接管件需要对心准确，本发明通过调节圆管圆心高度实现不同管件Z向的对心，X向的对心通过下述的工作台和直线轴承实现。此处给出了对心高度H与调节距离d的计算公式。
[0030] 首先根据三角函数关系，可得
[0031] c＝[(H-A)-R·arcsin a]·tan a (1)
[0032] 再由d＝b-c可求得给定对心高度下的调节距离
[0033] d＝b-[(H-A)-R·arcsin a]·tan a (2)
[0034] 式(2)代入具体数值后可按一定精度要求进一步简化，便于工厂作业。
[0035] 其中：a-卡爪锥面角度b-指针定位距离d-调节距离，R-管件外径，H-管件对心高度，A、c-计算说明的辅助尺寸。
[0036] 如图6所示，本发明的一种用于磁脉冲焊接的圆管对心柔性夹具用于作业时，需要两台夹具以上，分别布置于线圈22两侧，同时在工作台26上分别布置两条直线轴承导轨24，由于本发明为了夹具结构简单，主要是实现高度方向的对心，所以横向对心需要通过精度较高的直线轴承25配合实现；此外，当需要进行长管件焊接时，可在两侧布置两台以上夹具。
[0037] 如图7所示，通过剖面视图进一步说明了夹具的工作状态与安装位置。夹具两侧各固定一个直线轴承25，因为夹具可以轨道上自由移动，当移动至合适位置时，通过与直线轴承导轨24配合紧密橡胶挡块23可限制夹具移动。
[0038] 在使用过程中，首先应该获取线圈22中心到工作面的高度，根据夹具结构尺寸从而得到对心高度H，根据待焊接管件外径尺寸R通过式(2)即可获得调节距离d，这里应当注意，对于给定的对心高度H，不同尺寸的管件对应的调节距离d是不同的；获得调节距离后可进行调零，只要将左卡爪2与右卡爪10移动至贴紧，然后将磁性调零指针4对齐标尺3零刻度线，吸附在右卡爪10上即可；然后拨动拨片14离开滑动芯轴19，通过分离弹簧18切换至粗调模式，用手推两侧卡爪到达接近指定位置后，按下滑动芯轴19，拨动拨片14挡住滑动芯轴19，切换至细调模式，完成调节后拔出非固定手柄6，此时机构因为自锁而使卡爪定位；完成距离调节后，在两侧卡爪组成的V型面上安放管件，最后拉紧尼龙搭扣以固定管件。
[0039] 同时本发明不限于上面的应用，各种可能的修改在从属权利要求的范围中，对于上述的具体实施方式的其它修改也可以被制造。因此，需要明白的是本发明不限于公开的具体实施方式和其修改及其它实施方式意图包括在所附的权利要求中。虽然在此使用了具体术语，但是它们仅仅用在一般和叙述情况下而非限制的目的。
