压一剪炮样品高精度定位把架和回收装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术压－剪炮样品高精度定位把架和回收装置包括样品定位机构、炮膛和样品回收部分。其中的样品定位把架分为粗定位机构和精定位机构。前者实现Ｘ、Ｙ、Ｚ三轴的移动和转动，使样品初步定位。后者用光具螺栓调节样品和飞片撞击面的间隙，使两平面的平行度最高精度达到０．０１毫弧度。本实用新型专利技术装置样品和飞片的撞击面与炮膛轴线可以是正交或斜交，两种状态都能完整地回收样品，具有样品定位精度高、设备成本和实验费用低的特点。（*该技术在2010年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本技术涉及材料动态实验压-剪炮设备中的样品高精度定位把架和回收装置。压-剪炮是高速冲击载荷条件下进行材料动态性能试验的设备，高精度样品定位把架和回收装置是其关键部件。冲击实验时弹托上粘结的飞片从炮膛高速射出撞击样品，实现正冲击和斜冲击两种动载条件下样品材料性能的实验研究。冲击速度范围约为100米/秒～500米/秒。这里，飞片和弹托的组合称为“炮弹”，安装样品并调节其位置的机构称为样品定位把架。通常使用压-剪炮装置进行材料动态实验时，样品与飞片冲击面间的平行度是在设备安装、调试的同时进行校准的。在后续实验中以初次调试和校准结果作为样品和飞片撞击平行度的参考标准。附图说明图1是其示意简图。图中(1)和(2)分别是飞片与样品碰撞前后的示意图。平面P-P是炮口上安装样品环3的基准面(图1(1))。样品2用环氧树脂1固定在样品环3上，并保持样品的撞击面Q-Q与样品环基面R-R共面。“炮弹”制做应确保飞片4的撞击面S-S与炮口上安装样品环的基准面P-P共面。这种简易样品把架操作简单，成本低，但存在一些问题。首先在样品环3上固定样品2时，由于环氧树脂在凝固过程中发生变形和操作过程产生的误差，很难保证样品撞击面Q-Q与样品环基面R-R共面。尽管在固定样品后可以通过整体研磨等工艺消除两面的共面偏差，使Q-Q与R-R两平面尽可能满足共面要求，但是由于样品环3上固接样品的环氧树脂1在研磨过程中很容易发生变形。因此，要满足Q-Q与R-R两平面高精度共面的要求是困难的。在“炮弹”制作过程中也存在同样的问题。实际上，用飞片4与弹托5粘结制作“炮弹”时，飞片与样品撞击面间也存在接触误差，要保持飞片撞击面S-S与“炮弹”轴线Z-Z高精度正交也是困难的。这些误差的累积对高速冲击实验产生的影响是十分突出的。测试结果表明撞击平面度误差一般约为0.1毫弧度量级。美国Brown大学材料冲击实验室研制的配有激光干涉仪测试系统的样品高精度定位和回收装置是现有技术压-剪炮装置的代表。如图2所示，样品60用支杆63装在钢砧65左端腔体中，钢砧上有调节螺栓64顶在支杆63的另一端，以便调节样品60的位置，样品60的背面附有动量吸收板62。钢砧65的左端口是“铜鼻子”68。与“铜鼻子”68相对的是发射管81(即炮膛)，其中有钢板弹托82、泡沫塑料83和飞片84组成的炮弹，泡沫塑料83粘在弹托82上，飞片84粘在泡沫塑料83上。样品60与飞片84的平行度和定位校准采用多点激光干涉仪测试系统。图中表示了该测试系统中的反射镜66和透射镜67。这套装置的主要特点是具有较高的样品定位精度，撞击平面度比上述技术提高了一个量级，达到0.02～0.05毫弧度。但面临的问题是由于激光干涉仪测试系统的应用，对样品和飞片相应的制作精度要求也很高。飞片和样品的撞击面以及动量吸收板的尾面的光洁度都要求达到镜面。样品撞击面和动量吸收板的尾面两者间要求保持高度平行。这些苛刻的制作工艺条件大大提高了实验元件的制作费用。另外，购置或研制激光干涉仪测试系统需要较高经费，约为十多万美元。还有，实验中用的许多元件，如光学镜片和样品架等在冲击实验中都被破坏，只能一次性使用。这又大大提高了每次实验的成本(约0.5～0.8万元人民币)。按照我国现有的科研经费资助强度，很难开展此类实验研究。此外，图2所示实验装置的另一个明显缺点是无法实现斜冲击实验和样品的回收。本技术的目的是提供一种压-剪炮样品高精度定位把架和回收装置。该装置采用高精度光学精密仪器中的光具螺栓，不仅结构简单、制造方便、费用少，而且操作便捷、实验成本低廉；完善的回收机构可以完整地回收样品。本技术压-剪炮样品高精度定位把架和回收装置，包括装有弹托和飞片的炮膛部分，样品回收部分，样品定位把架。本技术的样品定位把架又分为样品粗定位机构和样品精定位机构。样品粗定位机构装在一基座上，有沿炮膛轴线、即纵向-X轴，横向-Y轴，铅垂向-Z轴三个方向的移动机构，分别用于样品纵向、横向和铅垂三方向移动的初步定位，还有绕X,Y,Z三轴旋转的转动机构，分别实现样品绕三轴转动的初步定位。在所述基座和样品粗定位机构的上方，临近炮膛出口一侧是样品精定位机构，该机构中有前套环和后套环，二者间用光具螺栓连接；一样品环装在前套环上，样品环与前套环的位置相对固定；样品用低强度固态材料装在样品环上，再用销钉将其固定在前套环上；样品精定位机构通过有任意转向轴的连接机构与粗定位机构联接；使样品精定位机构中的样品环能相对于炮膛口炮弹上飞片的撞击面运动。在样品粗定位机构的基座之上，远离炮膛的前端一侧有样品回收机构。其中的样品回收腔体具有较大的质量，并可以沿炮膛轴线轻便地平行滑移。本技术压-剪炮样品高精度定位把架和回收装置中，飞片撞击面与样品撞击面是面对面直接接触的。本技术装置中，相对固定的样品环与前套环间可以绕垂直于纵轴即X轴和横轴即Y轴转动，使撞击面与炮膛轴线呈非正交的倾斜状态，能实现斜冲击实验和样品回收。本技术装置中，样品精定位机构中的光具螺栓，可以使样品环绕Z轴转动；还可以使样品精定位机构的前套环沿后套环平面的法向Z’轴平行移动和绕X’,Y’和Z’三轴转动，精确调节样品和飞片撞击面的相对平行度。本技术装置中，样品精定位机构中的光具螺栓有三只，安装在前套环上，并且位于一直角三角形的三个顶点。本技术装置中，样品回收腔体的质量远大于炮弹的质量，弹托的直径大于样品回收腔体的孔径；样品回收腔壁附有软材料，腔中装有软物质，腔体外其运动前方设有多层铅块。本技术装置中，样品回收部分中的样品回收腔腔体安装在支承座上，支承座上有滚珠。本技术装置中有任意转向轴的连接机构，包括支架、支杆和任意转向轴。所说的支架固定在沿垂直方向即Z轴作直线运动的机构之上；支架上有轴孔，端头有任意转向轴的支杆穿过所说的轴孔，并可以在轴孔中滑移；所述支杆端头的任意转向轴与样品精定位机构相连。本技术装置中炮弹弹托由高密度塑料弹托和铝弹托两部分组成，它们分别用高密度塑料和硬铝材料制造；也可以用玻璃钢或尼龙代替高密度塑料制造弹托。本技术样品高精度定位把架和回收装置具有如下显著的特点和效果。一是把样品的定位分为初步调节和精确调节两步进行。初步调节采用的样品初定位机构中有沿X、Y、Z三方向移动的导轨，以及环绕此三轴自由转动的旋转机构。使样品粗定位操作灵活便捷。在样品高精度定位把架机构中，在安装样品的前套环和后套环之间采用光学精密仪器中标准光具螺栓连接，使两套环间相对运动的控制精度达到与常用光学精密仪器精度同样的量级，从而确保冲击实验需要的样品最终高精度定位。又由于本技术装置的定位把架是精密机械结构，不涉及复杂的光学和电路。所以，研制成本低、制作方便、操作便捷、有利于普及和推广。本技术高精度定位把架机构，实验过程中调节样品与飞片撞击面平行度时，是两撞击面相接触的直接校准，没有间接校准方法的多个测量环节产生的误差，使实验结果的精度明显提高。本技术设计装置不仅适用于正冲击实验，即飞片与样品的撞击面与炮膛轴线正交的冲击实验，而且还可以进行斜冲击实验，即撞击面与炮膛轴线非正交的冲击实验。本技术设计中，样品回收腔的腔孔具有确定的孔径，腔体充分大的质量。既本文档来自技高网...

【技术保护点】
压－剪炮样品高精度定位把架和回收装置，包括装有弹托和飞片的炮膛部分，样品定位把架和样品回收部分，其特征是其中的样品定位把架包括样品粗定位机构和样品精定位机构，样品粗定位机构装在一基座上，有沿纵向即Ｘ轴，横向即Ｙ轴和铅垂向即Ｚ轴三个方向的移动机构，分别用于样品纵向、横向和铅垂三方向移动的初步定位；还有绕Ｘ，Ｙ，Ｚ三轴旋转的转动机构，分别实现样品绕三轴转动的初步定位；在所述基座和样品粗定位机构的上方，临近炮膛出口一侧是样品精定位机构，该机构中有前套环和后套环，二者间用光具螺栓连接；样品环装在前套环上，两者的位置相对固定；样品用低强度固态材料装在样品环上，样品环用销钉将其固定在前套环上；样品精定位机构通过有任意转向轴的联接机构与粗定位机构联接；样品精定位机构中的样品环能相对于炮膛口炮弹上飞片的撞击面转动；在样品粗定位机构的基座之上，远离炮膛的前端一侧有样品回收部分，其中的样品回收腔具有较大的质量，并可以沿炮膛轴线轻便地移动。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：马维，段祝平，吴承康，王春奎，陈淑霞，张维民，
申请(专利权)人：中国科学院力学研究所，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]