Калибровочный блок - Gauge block

Herbert Hoffmann Gmbh, Набор метрических калибров, 112 шт.
Herbert Hoffmann GmbH, 8 шт., 125 мм - 500 мм
Herbert Hoffmann GmbH, Модель тележки

Калибровочные блоки (также известный как калибровочные блоки, Датчики Йоханссона, датчики скольжения, или же Джо блоки) представляют собой систему для производства прецизионных длин. Индивидуальный измерительный блок - это металлический или керамический блок, который был прецизионным. земля и притертый до определенной толщины. Калибровочные блоки поставляются в виде наборов блоков различной стандартной длины. При использовании блоки штабелируются для получения желаемой длины (или высоты).

Важной особенностью калибровочных блоков является то, что они могут быть соединены вместе с очень небольшой неопределенностью размеров. Блоки соединяются с помощью скользящего процесса, называемого выкручивание, что заставляет их сверхплоские поверхности слипаться. Небольшое количество мерных блоков можно использовать для создания точных длин в широком диапазоне. Используя одновременно 3 блока, взятые из набора из 30 блоков, можно создать любую из 1000 длин от 3.000 до 3.999 мм с шагом 0,001 мм (или от 0,3000 до 0,3999 дюйма с шагом 0,0001 дюйма). Калибровочные блоки были изобретены в 1896 году шведскими машинистами. Карл Эдвард Йоханссон.[1] Они используются в качестве эталона для калибровки измерительного оборудования, используемого в механические цеха, Такие как микрометры, синусоиды, суппорты, и циферблатные индикаторы (при использовании в роль инспектора ). Калибровочные блоки являются основным средством стандартизации длины, используемым в промышленности.[1]

Описание

Как измеряются калибры.

Калибровочный блок - это металлический или керамический блок с двумя противоположными поверхностями, отшлифованными ровно и параллельно, на точном расстоянии друг от друга. Блоки стандартных марок изготавливаются из закаленной стали, а блоки калибровочных классов часто изготавливаются из карбид вольфрама, карбид хрома или же керамика потому что они тверже и меньше изнашиваются.[2] Калибровочные блоки поставляются в виде наборов блоков разной длины вместе с дополнительными изнашиваемыми блоками, что позволяет изготавливать блоки различной стандартной длины путем их штабелирования. Длина каждого блока на самом деле немного меньше номинальной длины, указанной на нем, потому что указанная длина включает длину одного блока. отжимать пленку, пленка смазки, которая разделяет грани смежных блоков при нормальной эксплуатации. Толщина пленки для отжима составляет около 25 нанометров (0,98 мкм).[3] Номинальная длина калибра также известна как интерферометрическая длина.[4]

В процессе эксплуатации блоки снимаются с комплекта, очищаются от защитного покрытия (вазелин или масло) и скручены сформировать стопку необходимого размера. Калибровочные блоки откалиброванный быть точным при 20 ° C (68 ° F) и должна поддерживаться при этой температуре при проведении измерений. Это смягчает эффекты тепловое расширение. Износостойкие блоки, изготовленные из более твердого материала, например карбид вольфрама, по возможности прилагаются к каждому концу стопки для защиты мерных блоков от повреждения при использовании.

Машинисты и инструментальщики стараются использовать стек с наименьшим количеством блоков, чтобы избежать накопления ошибок размера. Например, стек в сумме 0,638, состоящий из 2 блоков (блок 0,500, отжатый до блока 0,138), предпочтительнее, чем стопка, также состоящая из 0,638, состоящая из 4 блоков (например, 0,200, 0,149 , .151 и .138 все скручены). Как подробно описано в Оценки секции, каждый блок имеет допуск по размеру в несколько миллионных долей дюйма, поэтому их штабелирование создает совокупную неопределенность. Однако ошибка суммирования даже из нескольких блоков обычно незначительна во всех случаях, кроме самых требовательных. В загруженном магазине некоторые из блоков будут использоваться где-то еще, поэтому можно создать стек из блоков, доступных в данный момент. Обычно разница в несколько миллионных долей дюйма не обнаруживается и не имеет значения в контексте. Контексты, требующие максимальной точности, встречаются реже и требуют дополнительных затрат (например, большего количества наборов блоков и более высоких классов блоков).

Отжимание

36 скрученных вместе концевых мер Johansson легко выдерживают собственный вес.

Отжимание это процесс скольжения двух блоков вместе так, чтобы их грани соединялись. Благодаря своей сверхплоской поверхности при отжиме калибровочные блоки плотно прилегают друг к другу. Правильно отжатые блоки могут выдерживать усилие 300 Н (67 фунтов силы).[5] Хотя точный механизм, вызывающий выкручивание, неизвестен,[5][6] считается, что это комбинация:[4][5]

Считается, что последние два источника являются наиболее значимыми.[4]

Здесь нет магнетизм Хотя для пользователя соединение блоков немного похоже на слипание слабых магнитов холодильника. Однако, в отличие от магнитов, цепляние продолжается только тогда, когда блоки полностью соединены - блоки не притягиваются друг к другу через видимый промежуток, как это делали бы магниты.

Процесс отжима состоит из четырех этапов:[4]

  1. Протирание чистой промасленной колодкой (см. раздел аксессуаров ).
  2. Вытирая излишки масла с измерительного блока сухой салфеткой (см. раздел аксессуаров ).
  3. Затем блок скользит перпендикулярно другому блоку, прикладывая умеренное давление, пока они не образуют крестообразный.
  4. Наконец, блок поворачивается до тех пор, пока он не станет на одной линии с другим блоком.

Калибровочный блок wringing.svg

После использования блоки повторно смазываются или смазываются для защиты от коррозия. Способность данного калибра отжиматься называется отжимаемость; официально это определяется как «способность двух поверхностей плотно прилегать друг к другу при отсутствии внешних средств». Минимальные условия для отжима: чистота поверхности 1 микродюйм (0,025 мкм) AA или лучше, а плоскостность не менее 5 мкдюймов (0,13 мкм).[4]

Есть формальный тест для измерения отжимаемости. Сначала блок готовится к отжиму стандартным способом. Затем блок скользит по кварцу эталонного качества 2 дюйма (51 мм) (плоскостность 1 мкдюйм (0,025 мкм)). оптический плоский при умеренном давлении. Затем нижняя часть измерительного блока проверяется (через оптическую плоскость) на наличие масла или цвета. Для федеральных марок 0,5, 1 и 2 и классов K, 00 и 0 по ISO не должно быть видно масла или цвета под измерительным блоком. Для классов Federal Grade 3 и ISO 1 и 2 не более 20% поверхности должны иметь масло или цвет. Обратите внимание, что этот тест трудно выполнить с калибровочными блоками тоньше 0,1 дюйма (2,5 мм), потому что они не имеют тенденции быть плоскими в расслабленном состоянии.[4]

Тестирование отжима измерительного блока.svg

Аксессуары

Набор принадлежностей для измерительного блока
Держатель, который превращает стопку мерных блоков в мгновенный штангенциркуль или идти / не идти датчик.

Изображенные аксессуары включают в себя набор держателей и инструментов, которые увеличивают полезность набора измерительных блоков. Они обеспечивают надежный зажим больших стеки вместе с контрольными точками, скрайберами и блоками различной формы, которые действуют как губки суппорта, внешние или внутренние. Конические наконечники облегчают измерение межцентрового расстояния между центрами отверстий. Пакет мерных блоков с внешними приспособлениями для суппортов, зажатыми вместе, действует как быстро собираемый нестандартный размер. идти или не идти датчик.

А мерный блок камень используется для удаления зарубок и заусенцы для сохранения отжимаемости.[4]

Есть два подушечки для отжима используется для подготовки калибровочного блока к отжиму. Первый - это масляная подушечка, который наносит на блок тонкий слой масла. Второй - это сухая прокладка, который удаляет излишки масла из блока после использования масляной подушки.[4]

Оценки

Калибровочные блоки (слева на каждой картинке, под оптический плоский ) используется для измерения высоты шарикоподшипника и пробкового калибра с помощью интерферометрия. Интерференционные полосы (линии), видимые на поверхности квартир, указывают на ошибку; количество строк указывает на сумму.

Калибровочные блоки доступны в различных классах в зависимости от их предполагаемого использования.[7] Критерий оценки - жесткость допусков по их размерам; таким образом, более высокие сорта производятся с более жесткими допусками и имеют более высокие тщательность и точность. Различные стандарты классификации включают: JIS B 7506-1997 (Япония) / DIN 861-1980 (Германия), ASME (США), BS 4311: Часть 1: 1993 (Великобритания). Допуски будут изменяться в пределах одного сорта по мере увеличения толщины материала.

  • ссылка (AAA): small толерантность (± 0,05 мкм) используется для установления стандартов
  • калибровка (AA): (допуск от +0,10 мкм до -0,05 мкм) используется для калибровки контрольных блоков и очень высокоточного измерения
  • осмотр (A): (допуск от +0,15 мкм до -0,05 мкм) используется как мастерская стандарты для настройки других средств измерения
  • мастерская (B): большой допуск (допуск от +0,25 мкм до -0,15 мкм) используется в качестве заводских эталонов для прецизионных измерений

Более поздние обозначения марок включают (Федеральная спецификация США GGG-G-15C):

  • 0,5 - в целом соответствует степени AAA
  • 1 - в целом соответствует степени AA
  • 2 - в целом соответствует оценке A +
  • 3 - компромиссная оценка между А и В

и ANSI / ASME B89.1.9M, который определяет как абсолютные отклонения от номинальных размеров, так и пределы параллельности в качестве критериев для определения класса. Как правило, оценки эквивалентны прежним оценкам Федерального агентства США, а именно:

  • 00 - обычно соответствует степени 1 (самые строгие требования к плоскостности и точности)
  • 0 - в целом эквивалент 2 степени
  • AS-1 - обычно эквивалентен 3-му классу (как сообщается, обозначает американский стандарт - 1)
  • AS-2 - обычно менее точен, чем класс 3
  • K - обычно эквивалент плоскостности (параллельности) степени 00 с точностью до степени AS-1

Стандарт ANSI / ASME следует аналогичной философии, изложенной в ISO 3650. См. Ссылку NIST ниже для получения более подробной информации о допусках для каждого сорта и размера блока. Также см. Страницу 3 из: Допуски для коммерческого блока мер (Длина относится к калиброванной толщине)

Производство

Калибровочные блоки обычно изготавливаются либо из закаленного сплава. инструментальные стали, керамика или же цементированные карбиды (Такие как карбид вольфрама или же карбид тантала ). Часто карбид имеет твердость 1500 Твердость по Виккерсу. Блоки длинной серии изготавливаются из высококачественной стали сечением (35 × 9 мм) с отверстиями для зажима двух планок. Они также доступны из углеродистой стали. Стальные блоки закаленный и закаленный. В твердость важен, потому что он замедляет скорость датчика носить во время использования (вот почему другие типы калибров, такие как штифты, резьбовые заглушки и кольца, также закаляются). Нарезка блоков по размеру выполняется с помощью шлифование с последующим притирка. Обычно никакого покрытия или другого покрытия не требуется. Блоки хранятся в очень слегка смазанных маслом, хранятся и используются в сухих климатических условиях; стальные мерные блоки без покрытия и без покрытия могут служить десятилетиями без ржавчины.

История

Набор калибровочных блоков, также известный как «Jo Blocks», был разработан Шведский изобретатель Карл Эдвард Йоханссон.[8] Йоханссон был принят на работу в 1888 году инспектором оружейника в государственный арсенал Карл Густавс стадион Gevärsfaktori (Стрелковый завод города Карла Густава) в городе Эскильстуна, Швеция. Его беспокоили дорогие инструменты для измерения деталей для Ремингтон винтовки тогда производились по лицензии на Carl Gustaf. Когда Швеция приняла модифицированный вариант карабина Маузер В 1894 году Йоханссон был очень взволнован возможностью изучить методы измерения Маузера при подготовке к производству по лицензии в Carl Gustaf (которое началось несколько лет спустя). Однако посещение завода Маузер в Оберндорф-на-Неккаре, Германия, оказалось разочарованием. В поезде домой он задумался над проблемой, и ему пришла в голову идея набора блоков, которые можно было бы объединить, чтобы получить любую меру.

До этого времени уже существовала долгая история увеличения использования измерительных приборов, таких как калибры для опиловки и датчики идут / не идут, которые были изготовлены индивидуально в инструментальном цехе для использования в цехе; но никогда не существовало сверхточных мерных блоков, которые можно было бы скрутить для получения разной длины, как теперь представлял Йоханссон.

Вернувшись домой, Йоханссон переделал швейную машину своей жены Singer в шлифовальную и доводочную. Эту точную работу он предпочитал выполнять дома, так как шлифовальные станки на оружейном заводе были недостаточно хороши. Его жена Маргарета, помимо работы по дому, очень помогала ему в измельчении. После того, как Йоханссон продемонстрировал свою установку на Carl Gustaf, его работодатель предоставил ему время и ресурсы для развития идеи. Йоханссон получил свой первый шведский патент 2 мая 1901 года, патент SE № 17017, названный «Наборы измерительных блоков для прецизионных измерений». Йоханссон основал шведскую компанию CE Johansson AB (также известную как CEJ) 16 марта 1917 года.

Йоханссон провела много лет в Америке; за свою жизнь он пересек Атлантику 22 раза.[нужна цитата ] Первый размерный блок CEJ в Америке был продан Генри М. Леланд в автомобильной компании Cadillac около 1908 г. Первый завод в Америке по производству его комплектов колеи был основан в Покипси, Округ Датчесс, штат Нью-Йорк, в 1919 году. Экономическая среда спад после Первой мировой войны и депрессия 1920–21 гг. не сложился так хорошо для компании, поэтому в 1923 году он написал письмо Генри Форд из Ford Motor Company, где он предложил сотрудничество, чтобы спасти свою компанию. Генри Форд заинтересовался, и 18 ноября 1923 года он начал работать на Генри Форда в Дирборн, Мичиган. Хауншелл (1984), цитируя Алтина (1948) и различные архивные первоисточники, говорит: «Генри Форд приобрел известную фабрику по изготовлению калибров шведа К. Е. Йоханссона в 1923 году и вскоре переместил ее в лабораторию в Дирборне. С 1923 по 1927 год Подразделение Johansson поставило Ford Jo-блоки мастерская и любого производителя, который мог себе их позволить. Он также сделал некоторые из Ford манометры, работающие и запрещенные используется в производстве, а также в других точных производственных устройствах ».[9]

В начале 20 века США дюйм был фактически определен как 25,4000508 мм (при эталонной температуре 68 градусов по Фаренгейту) и британский дюйм как 25,399977 мм (при эталонной температуре 62 градуса по Фаренгейту).[10] Когда в 1912 году Йоханссон начал производство мерных блоков дюймовых размеров, Джонансон решил изготовить калибровочные блоки номинальным размером 25,4 мм с эталонной температурой 20 градусов Цельсия, с точностью до нескольких частей на миллион от обоих официальных определений. Поскольку блоки Йохансона были настолько популярны, его блоки стали де-факто стандарт для мировых производителей,[10][11] с другими производителями калибровочных блоков, следуя определению Йохансона, производя блоки, эквивалентные его.[12]

В 1930 г. Британский институт стандартов принял дюйм ровно 25,4 мм. В Американская ассоциация стандартов последовал их примеру в 1933 году. К 1935 году промышленность 16 стран приняла «промышленный дюйм», как он стал называться,[13][14] эффективно поддерживая прагматичный выбор коэффициента конверсии Йохансоном.[10]

Совместное использование логотипов CEJ, Ford и B&S.

В 1936 году в возрасте 72 лет Йоханссон почувствовал, что пора уйти на пенсию и вернуться в Швецию. Награжден большой золотой медалью Шведская королевская академия инженерных наук в 1943 году, вскоре после его смерти.

В какой-то момент бренд C.E. Johansson (или, по крайней мере, его присутствие в США) стал ассоциироваться с Браун и Шарп, и блоки совместный бренд с К.Е. Йоханссоном и Браун и Шарп логотипы были сделаны. Блоки с логотипами C.E. Johansson и Ford также иногда используются и сегодня.

Калибровые штифты

Подобно калибрующим блокам, это цилиндрические стержни с прецизионной шлифовкой, используемые в качестве пробок для измерения диаметров отверстий или как части датчики идут / не идут или аналогичные приложения.

Калибровые ролики и шарики

Они поставляются в виде наборов отдельных роликов или шариков, используемых в роликовые или шариковые подшипники или же изготовление инструментов и штампов Приложения. Калибровочные шары можно использовать для калибровки гониометры угла контакта, ЧПУ машины и подобное оборудование.

Смотрите также

Примечания

  1. ^ а б Дуарон и пиво 2009, стр. 1–4
  2. ^ Дуарон и пиво 2009, п. 12
  3. ^ Дуарон и пиво 2009, п. 4
  4. ^ а б c d е ж грамм час Фридель, Дэйв, Отжимные и контрольные блоки, заархивировано из оригинал на 2011-06-05, получено 2010-12-22.
  5. ^ а б c Дуарон и пиво 2009, стр. 138–139
  6. ^ Крар, Гилл и Смид 2005, п. 98.
  7. ^ Хью Джек: инженер на диске, Государственный университет Гранд-Вэлли, 2001 г.
  8. ^ Альтхин 1948 г..
  9. ^ Hounshell 1984, п. 286.
  10. ^ а б c «История калибровочных блоков» (PDF). mitutoyo.com. Mitutoyo Corporation. 2013. с. 8. Получено 2020-02-01.
  11. ^ Гайяр, Джон (октябрь 1943 г.). Промышленная стандартизация и коммерческие стандарты ежемесячно. п. 293. Получено 2020-02-01.
  12. ^ Кокрейн, Рексмонд К. (1966). Меры для достижения прогресса. Специальная публикация NIST, выпуск 275. Типография правительства США. п. 200. LCCN  65-62472.CS1 maint: дата и год (связь)
  13. ^ Национальная конференция по мерам и весам; Соединенные Штаты. Бюро стандартов; Национальный институт стандартов и технологий (США) (1936). Отчет ... Национальной конференции мер и весов. Министерство торговли США, Бюро стандартов. п. 4. Получено 2 августа 2012.
  14. ^ Вандмахер, Корнелиус; Джонсон, Арнольд Иван (1995). Метрические единицы в инженерии - действующая СИ: как использовать международные системы единиц измерения (СИ) для решения стандартных инженерных задач. Публикации ASCE. п. 265. ISBN  978-0-7844-0070-8. Получено 2 августа 2012.

Рекомендации

дальнейшее чтение

внешняя ссылка