一种电磁脉冲焊接管件自适应夹持力控制系统

本发明涉及电磁脉冲焊接，具体为一种电磁脉冲焊接管件自适应夹持力控制系统。

背景技术：

1、电磁脉冲焊接（mpw）是利用脉冲强磁场驱动飞管高速撞击靶管、在界面形成冶金结合的固相连接技术。焊接前须将靶管与飞管按设定间隙同轴装夹于线圈工装内，装夹可靠性直接决定焊接质量。目前普遍采用手动螺栓式夹爪装夹，夹持力完全由操作人员凭经验施加，存在以下问题：

2、夹持力过大时，薄壁管件在径向夹持下易产生局部压痕、椭圆化甚至屈曲失稳，导致装配间隙不均、焊缝成形不良，严重时工件报废；

3、夹持力过小时，放电瞬间的强电磁斥力与飞管高速撞击易引起靶管轴向窜动或回弹，破坏同轴度与间隙精度，造成未焊合或接头强度不足。

4、现有机床夹具、激光焊及电弧焊工装中虽有夹持力检测或闭环调节技术，但基本上都是通过单侧夹持及检测调整，虽然调整了夹持力的大小，但通过单侧夹持，还是容易导致单侧受力不均匀，造成凹陷的情况。

5、故而提出一种电磁脉冲焊接管件自适应夹持力控制系统来解决上述中所提出的问题。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种电磁脉冲焊接管件自适应夹持力控制系统，可以为管件提供内外夹持与顶起组合使用，使其能够保证夹持力稳定的同时，防止对管件造成损害。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：包括用于夹持管件工件的夹持机构，所述夹持机构包括穿设于工件内部并沿工件轴向滑移的内支撑机构和设置于工件外侧的外夹爪机构；

3、所述内支撑机构包括调节组件、转动组件、顶起部件，所述转动组件套设于所述调节组件外侧，所述顶起部件有若干个，且若干个所述顶起部件呈环形均匀分布于所述转动组件外侧；

4、所述顶起部件包括用于对所述工件内壁支撑的顶板和缓冲板一；

5、所述外夹爪机构包括支撑组件、夹持组件、移动组件，所述夹持组件通过所述移动组件与所述支撑组件滑动连接；

6、所述夹持组件包括用于对所述工件外表面夹持的夹持块二、夹持块三和夹持板，所述夹持板同时与所述夹持块二和所述夹持块三连接。

7、优选地，所述调节组件包括螺纹柱、内转环、外转环；

8、所述内转环螺纹套设于所述螺纹柱外侧，所述内转环有两组，且对称分布于所述外转环相对两侧，两个所述内转环相邻一侧均镶嵌设置有滚珠，所述滚珠部分伸入相邻的内环内，所述外转环相对两侧均设置有用于所述内转环内滚珠转动的内环和用于所述内转环转动限位的外环；

9、所述外转环外侧开设有用于所述顶起部件转动支撑的转槽。

10、优选地，所述顶起部件包括用于传动支撑的第一支撑臂和第二支撑臂、用于角度驱动的驱动件；

11、所述第一支撑臂和所述第二支撑臂转动连接，所述第一支撑臂另一端转动于所述转槽内部，所述第一支撑臂与所述转槽之间设置有用于转动定位的防反转组件，所述防反转组件为棘轮棘爪机构，其棘轮与所述第一支撑臂固定连接并随其同步转动，其棘爪固定设置于所述转槽内壁；

12、所述驱动件两端分别与所述第一支撑臂和所述第二支撑臂转动连接，所述驱动件为气动驱动。

13、优选地，所述第二支撑臂上端开设有转动槽，所述转动槽内转动设置有支撑小臂以及固定设置有用于限位的限位弧；

14、所述支撑小臂通过转轴转动设置于所述转动槽内，所述支撑小臂下半部外侧固定设置有限位条，所述限位条呈对称设置于所述支撑小臂相对两侧，所述限位条与所述限位弧形成对所述支撑小臂的转动限位。

15、优选地，所述支撑小臂上端开设有至少三个卡槽，所述卡槽内滑动设置有卡臂，所述卡臂上端固定连接有顶板；

16、所述顶板与所述缓冲板一贴合，所述缓冲板一下表面固定设置有插接头，所述顶板上表面贯穿有与所述插接头规格及数量相适配的通孔。

17、优选地，所述夹持组件包括用于支撑的支撑筒、用于角度调节传动的弧形臂一和弧形臂二、用于调节驱动的竖直驱动源二和竖直驱动源一；

18、所述竖直驱动源一输出端固定设置有三头件一，所述弧形臂一有两个，且呈对称分布于所述三头件一相对两侧，且所述三头件一与所述弧形臂一为转动连接；

19、所述竖直驱动源二输出端固定连接有三头件二，所述弧形臂二有两个，且呈对称分布于所述三头件二相对两侧，且所述弧形臂二与所述三头件二转动连接。

20、优选地，所述弧形臂一远离所述三头件一的一端与所述夹持块二转动连接；

21、所述弧形臂二远离所述三头件二的一端与所述夹持块三转动连接；

22、所述夹持块三与所述夹持块二转动连接，两个所述夹持块二之间转动设置有夹持块一，所述夹持块一固定设置于所述支撑筒下表面；

23、所述夹持块二和所述夹持块三下表面均开设有限位腰孔，所述夹持板通过限位块与所述限位腰孔插接固定。

24、优选地，所述竖直驱动源一固定设置于所述支撑筒内部，所述竖直驱动源二固定设置于所述支撑筒内部，所述弧形臂二和所述弧形臂一均与所述支撑筒贯穿；

25、所述夹持块二、所述弧形臂一、所述三头件一和所述竖直驱动源一形成调节组件一，所述夹持块三、所述弧形臂二、所述三头件二和所述竖直驱动源二形成调节组件二，所述调节组件一位于所述调节组件二下方。

26、优选地，所述支撑组件包括用于滑动支撑的支撑方筒、用于定位支撑的限位钩、用于限位支撑的导槽和增厚板；

27、所述限位钩呈线性阵列分布于所述支撑方筒内部；

28、所述支撑方筒外端滑动设置有滑杆，所述滑杆与所述增厚板固定连接，所述支撑方筒内部位于所述限位钩下方还开设有用于滑动限位的导槽，所述增厚板滑动设置于所述导槽内部，还包括支撑块，所述支撑块设置于所述支撑方筒上端并滑动设置于所述导槽内部。

29、优选地，所述移动组件包括用于整体支撑的连接臂、与所述限位钩卡接的卡头、转动设置于所述支撑方筒内部的转杆、用于按压的按压把手；

30、所述连接臂有两个，且呈对称分布；

31、所述卡头固定于所述连接臂上端，且插接至所述支撑方筒内部，所述转杆固定于两个所述连接臂相邻一端，所述按压把手固定设置于所述连接臂位于所述支撑方筒的外端。

32、优选地，还包括参数输入模块、材料工艺数据库、目标夹持力计算模块、控制器、执行机构、力检测模块以及锁存与放电时序单元；所述参数输入模块用于录入管件工件的材料牌号、外径d与壁厚t；所述材料工艺数据库存储常用材料的弹性模量e、泊松比ν、屈服强度σs及实验标定修正系数；所述目标夹持力计算模块分别与所述参数输入模块和所述材料工艺数据库连接，用于根据输入参数计算目标夹持力f目标并送入所述控制器；所述控制器的输出端连接所述执行机构，所述执行机构包括所述驱动件、所述竖直驱动源一和所述竖直驱动源二；所述力检测模块设置于所述顶板与所述缓冲板一之间和/或所述夹持块二、所述夹持块三与所述夹持板之间，所述力检测模块的信号输出端反馈连接所述控制器，构成夹持力闭环控制回路；所述锁存与放电时序单元与所述控制器连接，用于在夹持和顶起到位后锁存夹持位置，并向电磁脉冲焊接电源输出允许放电信号。

33、与现有技术相比，本发明提供了一种电磁脉冲焊接管件自适应夹持力控制系统，具备以下有益效果：

34、1、通过两侧内支撑机构与外夹爪机构分别对两个工件进行内外侧夹持定位，使内支撑机构从内部为工件提供支撑，使外夹爪机构从外部对工件提供夹持限位，防止外夹爪机构夹持时对工件表面产生凹陷，保证夹持时的稳定性，提高焊接接触面的精准度。

35、2、通过控制驱动件运行，带动两侧第一支撑臂与第二支撑臂展开，推动支撑小臂上移，并在多个顶板和缓冲板一移动下，达到对工件内呈环形支撑的效果。

36、3、通过对调节组件一与调节组件二进行调整，使其能够与工件外侧进行适配，然后下移外夹爪机构，并在多个外夹爪机构的组合下，从工件外部为其提供定位夹持。

37、4、结合控制系统的使用，夹持力由模型定量确定并闭环精确控制，避免了过夹导致的薄壁管变形报废和欠夹导致的放电窜动、未焊合，焊接接头质量一致性显著提高，换产时仅需输入管件的材料、外径、壁厚参数即可自动获得目标夹持力，免除人工反复试错，装夹效率大幅提升，装夹—锁存—放电的时序设计使系统适应强脉冲磁场工况，夹持状态保持可靠，装夹数据自动归档，支持工艺追溯与模型持续优化，为数字化车间提供数据基础。