Система прецизионных длин на основе штабелирования компонентов.

Введение

Система для получения точных длин путем укладки компонентов

Концевые меры длины (также известные как поверочные плиты, гаджеры Йоханссона, наборные плиты или блоки Йо) – это система для получения точных длин. Отдельная поверочная плита представляет собой металлический или керамический блок, прецизионно отшлифованный и доведенный до определенной толщины. Концевые меры длины поставляются наборами блоков различных стандартных длин. При использовании блоки укладываются друг на друга для получения требуемой длины (или высоты). Концевые меры длины были изобретены в 1896 году шведским механиком Карлом Эдвардом Йоханссоном. Они используются в качестве эталона для калибровки измерительного оборудования, применяемого в машиностроительных мастерских, такого как микрометры, синусные рейки, штангенциркули и индикаторы часового типа (при использовании в контрольных целях). Концевые меры длины являются основным средством стандартизации длины, используемым в промышленности. Наборы концевых мер длины включают блоки различных длин, а также дополнительные износостойкие блоки, позволяющие создавать широкий спектр стандартных длин путем их укладки. Фактическая длина каждого блока немного меньше номинальной длины, указанной на нем, поскольку указанная длина включает толщину одной смазочной пленки, тонкого слоя смазки, разделяющего соседние поверхности блоков при нормальном использовании. Толщина смазочной пленки составляет около… Номинальная длина плиты также известна как интерферометрическая длина. При использовании блоки извлекаются из набора, очищаются от защитного покрытия (вазелина или масла) и плотно прижимаются друг к другу (притираются) для формирования стопки требуемого размера. Концевые меры длины калибруются для обеспечения точности при 20 °C (68 °F) и должны поддерживаться при этой температуре во время измерений. Это снижает влияние теплового расширения. Износостойкие блоки, изготовленные из более твердого материала, такого как карбид вольфрама, при возможности включаются в каждый конец стопки для защиты поверочных блоков от повреждений при использовании. Механики и инструментальщики стремятся использовать стопки с минимальным количеством блоков, чтобы избежать накопления погрешностей в размерах. Например, стопка общей длиной 0,638 дюйма, состоящая из двух блоков (0,500 дюйма и 0,138 дюйма, притёртых друг к другу), предпочтительнее стопки той же общей длины, состоящей из четырех блоков (например, 0,200, 0,149, 0,151 и 0,138 дюйма, притёртых вместе). Как подробно описано в разделе «Классы», каждый блок имеет допуск по размеру в несколько миллионных долей дюйма, поэтому укладка их вместе вносит кумулятивную неопределенность. Однако погрешность укладки даже нескольких блоков обычно пренебрежимо мала во всех, кроме самых требовательных применений. В загруженной мастерской некоторые блоки могут использоваться в других местах, поэтому стопка формируется из доступных в данный момент блоков. Как правило, разница в несколько миллионных долей дюйма не обнаруживается или не имеет значения в данном контексте. Ситуации, требующие максимальной точности, встречаются реже и требуют дополнительных затрат (например, большего количества наборов блоков и блоков более высоких классов).

Gauge blocks (also known as gage blocks, Johansson gauges, slip gauges, or Jo blocks) are a system for producing precision lengths. The individual gauge block is a metal or ceramic block that has been precision ground and lapped to a specific thickness. Gauge blocks come in sets of blocks with a range of standard lengths. In use, the blocks are stacked to make up a desired length (or height). Gauge blocks were invented in 1896 by Swedish machinist Carl Edvard Johansson. They are used as a reference for the calibration of measuring equipment used in machine shops, such as micrometers, sine bars, calipers, and dial indicators (when used in an inspection role). Gauge blocks are the main means of length standardization used by industry. Gauge blocks come in sets of blocks of various lengths, along with additional wear blocks, to allow a wide variety of standard lengths to be made up by stacking them. The length of each block is actually slightly shorter than the nominal length stamped on it, because the stamped length includes the length of one wring film, a film of lubricant which separates adjacent block faces in normal use. The thickness of the wring film is about The gauge's nominal length is also known as the interferometric length. In use, the blocks are removed from the set, cleaned of their protective coating (petroleum jelly or oil) and wrung together to form a stack of the required dimension. Gauge blocks are calibrated to be accurate at 20 °C (68 °F) and should be kept at this temperature when taking measurements. This mitigates the effects of thermal expansion. The wear blocks, made of a harder substance like tungsten carbide, are included at each end of the stack, whenever possible, to protect the gauge blocks from being damaged in use. Machinists and toolmakers try to use a stack with the fewest blocks to avoid accumulation of size errors. For example, a stack totaling .638 that is composed of two blocks (a .500 block wrung to a .138 block) is preferable to a stack also totaling .638 that is composed of four blocks (such as a .200, .149, .151, and .138 all wrung together). As detailed in the Grades section, each block has a size tolerance of a few millionths of an inch, so stacking them together introduces a cumulative uncertainty. However, the stacked error from even multiple blocks is usually negligible in all but the most demanding uses. In a busy shop, some of the blocks will be in use elsewhere, so one creates a stack from the blocks available at the time. Typically the few millionths of an inch difference will not be detectable, or matter, in the context. Contexts demanding ultimate precision are rarer and require additional expense (for example, more sets of blocks and higher grades of blocks).

Производство

Измерительные блоки обычно изготавливаются из закаленной инструментальной стали, керамики или твердых сплавов (таких как карбид вольфрама или карбид тантала). Часто твердость карбида составляет 1500 по Виккерсу. Блоки длинных серий изготавливаются из высококачественной стали с поперечным сечением (35 × 9 мм) и имеют отверстия для соединения двух установочных пластин. Они также доступны из углеродистой стали. Стальные блоки подвергаются закалке и отпуску. Твердость важна, поскольку она замедляет скорость износа блока при использовании (поэтому другие виды измерительных инструментов, такие как оправки, резьбовые пробки и кольца, также закаливаются). Доведение блоков до нужного размера осуществляется шлифованием с последующей доводкой. Обычно никакое нанесение покрытий не производится. Блоки хранятся и используются в сухом климатически контролируемом помещении, слегка смазанными маслом; неплакированные и непокрытые стальные измерительные блоки могут служить десятилетиями без образования коррозии.

История

Набор концевых мер, также известный как "Jo Blocks", был разработан шведским изобретателем Карлом Эдвардом Йоханссоном. В 1888 году Йоханссон был принят на работу в качестве инспектора-оружейника на государственный арсенал Карл Густавс стадс Геверсфактори (Винтовочная фабрика города Карла Густава) в городе Эскилстуна, Швеция. Он был обеспокоен дорогостоящими инструментами для измерения деталей винтовок Remington, которые в то время производились по лицензии на Carl Gustaf. Когда в 1894 году Швеция приняла модифицированный вариант карабина Маузера, Йоханссон был очень рад возможности изучить методы измерений Маузера в рамках подготовки к производству по лицензии на Carl Gustaf (которое началось несколько лет спустя). Однако посещение фабрики Mauser в Оберндорфе-на-Неккаре (Германия) оказалось разочарованием. По дороге домой он размышлял над проблемой и пришел к идее набора блоков, которые можно комбинировать для получения любой необходимой меры. К тому времени уже существовала давняя тенденция к увеличению использования калибров, таких как калибры для подгонки и проходные/непроходные калибры, которые изготавливались индивидуально в инструментальном цехе для использования непосредственно в производстве; но не существовало сверхточных концевых мер, которые можно было бы соединять для получения различных длин, как теперь представлял Йоханссон. Вернувшись домой, Йоханссон переоборудовал швейную машинку Singer своей жены в шлифовальный и притирочный станок. Он предпочитал выполнять эту прецизионную работу дома, так как шлифовальные станки на винтовочной фабрике были недостаточно хороши. Его жена, Маргарета, помогала ему с созданием первых прототипов. После того, как Йоханссон продемонстрировал свой набор на Carl Gustaf, его работодатель предоставил ему время и ресурсы для дальнейшей разработки идеи. Йоханссон получил свой первый шведский патент 2 мая 1901 года, SE patent No. 17017, под названием "Наборы концевых мер для прецизионных измерений". Йоханссон основал шведскую компанию CE Johansson AB (также известную как 'CEJ') 16 марта 1917 года. Йоханссон провел много лет в Америке, за свою жизнь он 22 раза пересек Атлантический океан. Первый набор концевых мер CEJ в Америке был продан Генри М. Лиланду в автомобильной компании Cadillac примерно в 1908 году. Первый завод по производству наборов концевых мер в Америке был основан в 1919 году в городе Покипси, округ Датчесс, штат Нью-Йорк. Экономическая ситуация послевоенной рецессии и депрессии 1920–1921 годов не сложилась для компании удачно, поэтому в 1923 году он написал письмо Генри Форду из Ford Motor Company, предложив сотрудничество для спасения своей компании. Генри Форд заинтересовался, и 18 ноября 1923 года он начал работать на Генри Форда в Дирборне, штат Мичиган. Hounshell (1984), ссылаясь на Althin (1948) и различные архивные источники, пишет: "Генри Форд приобрел знаменитое производство калибров шведа C. E. Johansson в 1923 году и вскоре перенес его в лабораторный комплекс в Дирборне. В период с 1923 по 1927 год подразделение Johansson поставляло "блоки Jo" в инструментальный цех Ford и любому производителю, который мог себе это позволить. Оно также производило некоторые проходные и непроходные калибры Ford, используемые в производстве, а также другие прецизионные производственные приспособления". В начале 20-го века американский дюйм фактически определялся как 25.4000508 мм (при определенной температуре), а британский дюйм – как 25.399977 мм (при определенной температуре). Другие производители концевых мер следовали определению Йоханссона, производя блоки, эквивалентные его. В 1930 году Британский институт стандартов принял дюйм, равный ровно 25,4 мм. Американская ассоциация стандартов последовала этому примеру в 1933 году. К 1935 году промышленность в 16 странах приняла "промышленный дюйм", как его стали называть, фактически одобрив прагматичный выбор коэффициента пересчета Йоханссоном. Производились также блоки, маркированные логотипами C. E. Johansson и Brown & Sharpe. Блоки, маркированные логотипами C. E. Johansson и Ford, также иногда до сих пор используются.

The gauge block set, also known as "Jo Blocks", was developed by the Swedish inventor Carl Edvard Johansson. Johansson was employed in 1888 as an armourer inspector by the state arsenal Carl Gustafs stads Gevärsfaktori (Rifle Factory of Carl Gustaf's town) in the town of Eskilstuna, Sweden. He was concerned with the expensive tools for measuring parts for the Remington rifles then in production under licence at Carl Gustaf. When Sweden adopted a tailored variant of the Mauser carbine in 1894, Johansson was very excited about the chance to study Mauser's methods of measuring, in preparation for production under license at Carl Gustaf (which began several years later). However, a visit to the Mauser factory in Oberndorf am Neckar, Germany, turned out to be a disappointment. On the train home, he thought about the problem, and he came up with the idea of a set of blocks that could be combined to make up any measure. There had already been a long history of increasing use of gauges up to this time, such as gauges for filing and go/no go gauges, which were custom made individually in a toolroom for use on the shop floor; but there had never been super precision gauge blocks that could be wrung together to make up different lengths, as Johansson now envisioned. Back home, Johansson converted his wife's Singer sewing machine to a grinding and lapping machine. He preferred to carry out this precision work at home, as the grinding machines at the rifle factory were not good enough. His wife, Margareta, helped him with the initial prototyping. Once Johansson had demonstrated his set at Carl Gustaf, his employer provided time and resources for him to develop the idea. Johansson was granted his first Swedish patent on 2 May 1901, SE patent No. 17017, called "Gauge Block Sets for Precision Measurement". Johansson formed the Swedish company CE Johansson AB (also known as 'CEJ') on 16 March 1917. Johansson spent many years in America; during his life he crossed the Atlantic 22 times. The first CEJ gauge block set in America was sold to Henry M. Leland at the Cadillac Automobile Company around 1908. The first manufacturing plant in America for his gauge block sets was established in Poughkeepsie, Dutchess County, New York, in 1919. The economic environment of the post–World War I recession and depression of 1920–21 did not turn out so well for the company, so in 1923 he wrote a letter to Henry Ford of the Ford Motor Company, where he proposed a cooperation in order to save his company. Henry Ford became interested, and on 18 November 1923 he began working for Henry Ford in Dearborn, Michigan. Hounshell (1984), citing Althin (1948) and various archive primary sources, says, "Henry Ford purchased the famous gaugemaking operation of the Swede C. E. Johansson in 1923 and soon moved it into the laboratory facility in Dearborn. Between 1923 and 1927, the Johansson division supplied 'Jo blocks' to the Ford toolroom and any manufacturer who could afford them. It also made some of the Ford 'go' and 'no go' gauges used in production as well as other precision production devices." In the early 20th century, the U. S. inch was effectively defined as 25.4000508 mm (with a reference temperature of ) and the U. K. inch at 25.399977 mm (with a reference temperature of ). with other manufacturers of gauge blocks following Johansson's definition by producing blocks designed to be equivalent to his. In 1930, the British Standards Institution adopted an inch of exactly 25.4 mm. The American Standards Association followed suit in 1933. By 1935, industry in 16 countries had adopted the "industrial inch" as it came to be known, effectively endorsing Johansson's pragmatic choice of conversion ratio. and blocks co branded with the C. E. Johansson and Brown & Sharpe logos were made. Blocks co branded with the C. E. Johansson and Ford logos are also sometimes still seen in use today.

Измерительные штифты

Подобно калибровочным блокам, это прецизионно отшлифованные цилиндрические стержни, используемые в качестве пробочных калибров для измерения диаметров отверстий, или в качестве компонентов проходных/непроходных калибров и в аналогичных применениях.

Ролики и шары

Они поставляются комплектами отдельных роликов или шаров, применяемых в роликовых или шариковых подшипниках, а также при изготовлении инструментов и пресс-форм. Калибровочные шары могут использоваться для калибровки гониометров контактного угла, станков с ЧПУ и подобного оборудования.