一种火药试样快速制备装置的制作方法

本发明属于火药性能测试领域，主要涉及火药理化性能测试用试样的处理工序切削装置。

背景技术：

化验室进行的火药分析项目中，大部分火药样品分析都必须进行切削粉碎的前处理步骤。在火药分析试验中，试样粒度的尺寸大小是影响火药分析准确性的重要因素之一，如果粒度不符合规格，泡样或烘样后达不到色谱分析的精度，势必影响化验结果，因此，对于弹药化验保障任务来讲，采用科学的制样方法快速准确的实现试样制备，是确保火药分析数据准确、可靠的有力保证

常见的火药分析项目中，二苯胺含量测定、化学安定性分析和甲基紫试验都需要对火药进行分析前碎样。目前一般采用传统手工剪样，传统手工法在样品制备中存在三个方面问题：一是存在安全问题，在使用锋利尖锐工具制样时，操作员经常有伤到手掌的现象，试样受到摩擦也会有几率发火燃烧；二是手工碎样费时、费劲、试样粒度尺寸大小不一；三是样品易受污染，由于剪样时间长，样品长时间暴露在外，容易被空气、工具等外部因素带来的杂质污染。

针对发射药试样制备的现状和存在的问题，为适应化验保障自动化、信息化建设需求，促进弹药化验保障能力提升，迫切需要一款针对性、实用性强的新型制样设备。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是，针对传统手工剪样和小粒径火药试样快速制备装置碎样存在的问题，根据火药药粒物理和化学性质，研制了一种能进行火药试样安全制样，且理化指标不受影响的专用防爆制样设备；同时为该装置研制一套集自动化、信息化为一体的伺服控制系统，可以实现制样过程自动化、电机启动停止指令化、数据采集显示信息化的需求。

为解决上述技术问题，本发明所提供的火药试样快速制备装置，包括切削单元、纵向移动单元、横向移动单元、温度重量安全控制单元、固定支架和远程控制台。切削单元由铣刀和立式铣床构成。负责将火药试样切削制备成要求尺寸的碎屑。纵向移动单元主要由纵向电机和纵向滑台构成，以纵向电机为动力带动铣刀沿纵向滑台移动至火药试样出口位置。横向移动单元主要由横向顶杆和横向电机构成，横向电机推动横向顶杆将火药试样匀速推至铣刀刃口处进行切削。温度重量安全控制单元包括药屑收集盒、电子称和红外温度传感器，当电子称称得重量达到设定值或者红外温度传感器测得铣刀刃口温度达到设定值时，装置自动停机。固定支架起到固定火药试样的作用。

切削时，首先纵向电机带动铣刀沿纵向滑台移动至火药试样出口位置；然后主轴带动铣刀以设定速度旋转；最后横向电机推动横向顶杆将火药试样匀速推至铣刀刃口处进行切削。铣刀切削试样得到的碎屑掉入下方的药屑收集盒中，药屑收集盒下方是电子称，当药屑重量达到设定值，系统会自动报警并停机。切削过程中，红外温度传感器始终监测铣刀刃口位置的温度，根据不同类型火药的发火点设定温度报警值，当温度达到该值系统自动报警并停机。切削完成后，将药屑收集盒中的药屑收集到防静电塑料袋中，用毛刷清理铣刀附近的碎屑。然后将下一个火药试样固定在支架夹具上，人员离开现场，远程操控继续切削。

本发明的有益效果体现在以下几个方面：

(一)本发明通过远程控制台即可控制切削单元、纵向移动单元、横向移动单元和温度重量控制单元的所有设置和操作，从而实现火药试样的整个自动化切削过程，实现了危险操作的人机隔离。本发明引入自动化、信息化技术，加入了温度重量安全控制功能。当温度和药屑重量超过设定值时都会触发装置报警和停机，这样就消除了刃口温度过高和试样碎屑堆积产生的热积累危险，提高了切削过程的安全性。

(二)采用本发明提供的火药试样快速制备装置。铣刀旋转后原地不动，横向电机推动横向顶杆将火药试样匀速推至铣刀刃口处，完成切削过程。药屑的粒度主要通过主轴带动铣刀的旋转速度和横向位移的速度来确定。主轴旋转速度慢，横向移动速度快，药屑粒度大；主轴旋转速度快，横向移动速度慢，则药屑粒度小。保证了试样粒度的均匀性。同时有效缩短了试样制备耗时，大大提高了劳动效率。

(三)在整个试样制备过程中，操作者与试样接触少，制样时间短，减少了切削过程因外部因素对试样的污染。

附图说明

图1是本发明火药试样快速制备装置的总体构成示意图。主要由切削单元、纵向移动单元、横向移动单元、温度重量安全控制单元、固定支架和远程控制台构成。

图2是本发明火药试样快速制备装置的现场安装示意图。1操作者，2远程控制台，3监控室，4制样装置主体，5云台摄像头，6防爆工房。远程控制台和制样装置主体之间用屏蔽电缆连接。

图3是横向移动单元构成示意图。1装样套，2压板，3底板，4导柱，5顶杆，6顶杆安装板，7横向电机。试样装在装样套中固定在底板上，横向电机带动顶杆将试样顶向铣刀刃口。

图4是图1中铣刀刀片示意图。1刀杆，2紧固螺丝，3刀片。在刀片上有四个定位孔。

具体实施方式

下面结合附图及优选实施例对本发明作进一步的详述。

实施例1：

本发明公开了一种火药试样快速制备装置，包括切削单元、纵向移动单元、横向移动单元、温度重量安全控制单元、固定支架和远程控制台。

所述的切削单元由铣刀[1]和立式铣床[6]构成。负责将火药试样切削制备成要求尺寸的碎屑。所述的纵向移动单元主要由纵向电机[4]和纵向滑台[5]构成，以纵向电机[4]为动力带动铣刀[1]沿纵向滑台[5]移动至火药试样出口位置。所述的横向移动单元主要由横向顶杆[8]和横向电机[9]构成，横向电机[9]推动横向顶杆[8]将火药试样匀速推至铣刀[1]刃口处进行切削。温度重量安全控制单元包括药屑收集盒[2]、电子称[3]和红外温度传感器[7]，当电子称[3]称得重量达到设定值或者红外温度传感器[7]测得铣刀[1]刃口温度达到设定值时，装置自动报警并停机。固定支架[10]起到固定火药试样的作用。远程控制台[11]设定并显示系统参数，操控主轴旋转、纵向移动和横向移动；同时可以通过云台摄像头监视整个切削过程。

下面通过实例叙述本发明优选实施例的使用方法。

第一、将火药试样在固定支架[10]上固定好，然后离开防爆工房，在监控室启动远程控制台[11]电源。

第二、在远程控制台[11]软件设置界面上设置“主轴转速”、“横向移动速度”、“温度和重量停机阈值”等参数。其中温度停机阈值设置为35℃。

第三、在远程控制台[11]软件操作界面上点击“纵向前移”，纵向电机[4]为动力带动铣刀[1]沿纵向滑台[5]移动至火药试样出口位置。

第四、在远程控制台[11]软件操作界面上点击“主轴转动”，主轴带动铣刀[1]按照设定转速开始旋转。

第五、在远程控制台[11]软件操作界面上点击“横向前移”，横向电机[9]推动横向顶杆[8]将火药试样匀速推至铣刀[1]刃口处进行切削。

第六、在切削过程中，红外温度传感器[7]测得铣刀[1]刃口温度达到设定值35℃时，装置自动报警并停机。

第七、当横向顶杆[8]移动至尽头时，切削过程结束，纵向电机[4]和横向电机[9]分别带动铣刀[1]和横向顶杆[8]回到初始位置。

实施例2：

本发明公开了一种火药试样快速制备装置，包括切削单元、纵向移动单元、横向移动单元、温度重量安全控制单元、固定支架和远程控制台。

所述的切削单元由铣刀[1]和立式铣床[6]构成。负责将火药试样切削制备成要求尺寸的碎屑。所述的纵向移动单元主要由纵向电机[4]和纵向滑台[5]构成，以纵向电机[4]为动力带动铣刀[1]沿纵向滑台[5]移动至火药试样出口位置。所述的横向移动单元主要由横向顶杆[8]和横向电机[9]构成，横向电机[9]推动横向顶杆[8]将火药试样匀速推至铣刀[1]刃口处进行切削。温度重量安全控制单元包括药屑收集盒[2]、电子称[3]和红外温度传感器[7]，当电子称[3]称得重量达到设定值或者红外温度传感器[7]测得铣刀[1]刃口温度达到设定值时，装置自动报警并停机。固定支架[10]起到固定火药试样的作用。远程控制台[11]设定并显示系统参数，操控主轴旋转、纵向移动和横向移动；同时可以通过云台摄像头监视整个切削过程。

下面通过实例叙述本发明优选实施例的使用方法。

第一、将火药试样在固定支架[10]上固定好，然后离开防爆工房，在监控室启动远程控制台[11]电源。

第二、在远程控制台[11]软件设置界面上设置“主轴转速”、“横向移动速度”、“温度和重量停机阈值”等参数。其中重量停机阈值设置为5g。

第三、在远程控制台[11]软件操作界面上点击“纵向前移”，纵向电机[4]为动力带动铣刀[1]沿纵向滑台[5]移动至火药试样出口位置。

第四、在远程控制台[11]软件操作界面上点击“主轴转动”，主轴带动铣刀[1]按照设定转速开始旋转。

第五、在远程控制台[11]软件操作界面上点击“横向前移”，横向电机[9]推动横向顶杆[8]将火药试样匀速推至铣刀[1]刃口处进行切削。

第六、在切削过程中，电子称[3]称得药屑收集箱内的药屑重量达到设定值5g，装置自动报警并停机。

第七、当横向顶杆[8]移动至尽头时，切削过程结束，纵向电机[4]和横向电机[9]分别带动铣刀[1]和横向顶杆[8]回到初始位置。

实施例3：

本发明公开了一种火药试样快速制备装置，包括切削单元、纵向移动单元、横向移动单元、温度重量安全控制单元、固定支架和远程控制台。

所述的切削单元由铣刀[1]和立式铣床[6]构成。负责将火药试样切削制备成要求尺寸的碎屑。所述的纵向移动单元主要由纵向电机[4]和纵向滑台[5]构成，以纵向电机[4]为动力带动铣刀[1]沿纵向滑台[5]移动至火药试样出口位置。所述的横向移动单元主要由横向顶杆[8]和横向电机[9]构成，横向电机[9]推动横向顶杆[8]将火药试样匀速推至铣刀[1]刃口处进行切削。温度重量安全控制单元包括药屑收集盒[2]、电子称[3]和红外温度传感器[7]，当电子称[3]称得重量达到设定值或者红外温度传感器[7]测得铣刀[1]刃口温度达到设定值时，装置自动报警并停机。固定支架[10]起到固定火药试样的作用。远程控制台[11]设定并显示系统参数，操控主轴旋转、纵向移动和横向移动；同时可以通过云台摄像头监视整个切削过程。

下面通过实例叙述本发明优选实施例的使用方法。

第一、将火药试样在固定支架[10]上固定好，然后离开防爆工房，在监控室启动远程控制台[11]电源。

第二、在远程控制台[11]软件设置界面上设置“主轴转速”、“横向移动速度”、“温度和重量停机阈值”等参数。

第三、在远程控制台[11]软件操作界面上点击“纵向前移”，纵向电机[4]为动力带动铣刀[1]沿纵向滑台[5]移动至火药试样出口位置。

第四、在远程控制台[11]软件操作界面上点击“主轴转动”，主轴带动铣刀[1]按照设定转速开始旋转。

第五、在远程控制台[11]软件操作界面上点击“横向前移”，横向电机[9]推动横向顶杆[8]将火药试样匀速推至铣刀[1]刃口处进行切削。

第六、当横向顶杆[8]移动至尽头时，切削过程结束，纵向电机[4]和横向电机[9]分别带动铣刀[1]和横向顶杆[8]回到初始位置。

以下是具体的切削实例和试验数据。选取直径3.2mm、长度5cm的火药药柱，分别进行手工切削和装置自动切削(主轴转速设定为400r/min，横向移动速度为50mm/min)，所耗时间前者为15min左右，后者为2分钟(从装置启动到药柱完成切削为止时间)。随机从两种方式切削得到的药屑中分别选取10片药屑，测量每片药屑的重量和厚度，数据见表1。

采用本发明提供的装置切削时，劳动时间约为原始工艺的七分之一，提高了加工效率。从表1可见，药屑重量的标准偏差从4.67降低到0.66，药屑厚度的标准偏差从0.09降低到0.02，表明采用本发明装置切削提高了药屑的均匀性。

表1采用不同工艺切削药屑的重量和厚度

注：每片药屑厚度采用电子游标卡尺随机选取药屑上3个位置测量取平均值获得。

实施例4：

本发明公开了一种火药试样快速制备装置，包括切削单元、纵向移动单元、横向移动单元、温度重量安全控制单元、固定支架和远程控制台。

所述的切削单元由铣刀[1]和立式铣床[6]构成。负责将火药试样切削制备成要求尺寸的碎屑。所述的纵向移动单元主要由纵向电机[4]和纵向滑台[5]构成，以纵向电机[4]为动力带动铣刀[1]沿纵向滑台[5]移动至火药试样出口位置。所述的横向移动单元主要由横向顶杆[8]和横向电机[9]构成，横向电机[9]推动横向顶杆[8]将火药试样匀速推至铣刀[1]刃口处进行切削。温度重量安全控制单元包括药屑收集盒[2]、电子称[3]和红外温度传感器[7]，当电子称[3]称得重量达到设定值或者红外温度传感器[7]测得铣刀[1]刃口温度达到设定值时，装置自动报警并停机。固定支架[10]起到固定火药试样的作用。远程控制台[11]设定并显示系统参数，操控主轴旋转、纵向移动和横向移动；同时可以通过云台摄像头监视整个切削过程。

下面通过实例叙述本发明优选实施例的使用方法。

第一、将火药试样在固定支架[10]上固定好，然后离开防爆工房，在监控室启动远程控制台[11]电源。

第二、在远程控制台[11]软件设置界面上设置“主轴转速”、“横向移动速度”、“温度和重量停机阈值”等参数。

第三、在远程控制台[11]软件操作界面上点击“纵向前移”，纵向电机[4]为动力带动铣刀[1]沿纵向滑台[5]移动至火药试样出口位置。

第四、在远程控制台[11]软件操作界面上点击“主轴转动”，主轴带动铣刀[1]按照设定转速开始旋转。

第五、在远程控制台[11]软件操作界面上点击“横向前移”，横向电机[9]推动横向顶杆[8]将火药试样匀速推至铣刀[1]刃口处进行切削。

第六、当横向顶杆[8]移动至尽头时，切削过程结束，纵向电机[4]和横向电机[9]分别带动铣刀[1]和横向顶杆[8]回到初始位置。

以下是具体的切削实例和试验数据。选取4根直径3.2mm、长度5cm的火药药柱，设定不同的主轴转速和横向移动速度进行装置自动切削。随机从两种方式切削得到的药屑中分别选取10片药屑，测量每片药屑的重量求平均值，数据如表2所示。

从表2可见，药屑的粒度可通过主轴带动铣刀的旋转速度和横向位移的速度来确定。主轴旋转速度慢，横向移动速度快，药屑粒度大；主轴旋转速度快，横向移动速度慢，则药屑粒度小。

表2采用不同速度参数切削药屑的重量平均值

注：表中单位为mg的数据是选取10片药屑重量的平均值。