Поверхностная плита — это сплошная плоская пластина, используемая в качестве основной горизонтальной опорной плоскости для точного контроля, разметки (разметки) и настройки инструмента. [1] Поверхностная плита часто используется в качестве базовой линии для всех измерений заготовки, поэтому одна первичная поверхность обрабатывается предельно плоско с допусками ниже 11,5 мкм или 0,0115 мм на 2960 мм для пластины класса 0. [2] Поверхностные плиты являются распространенным инструментом в обрабатывающей промышленности и часто оснащаются точками крепления, так что они могут быть интегрированным структурным элементом машины, такой как координатно-измерительная машина , прецизионная оптическая сборка или другая высокоточная научная и промышленная машина. Плиты обычно имеют квадратную или прямоугольную форму, хотя их можно вырезать любой формы.
Существуют различные классы, используемые для описания точности некоторого метрологического оборудования, такие как: AA, A, B и Workshop grade. Хотя Workshop grade является наименее точным, все классы поверхностных пластин выдерживают высокую степень плоскостности.
Поверхностные плиты необходимо регулярно калибровать , чтобы убедиться, что не происходит сколов, коробления или износа. Распространенной проблемой является износ определенных участков, например, вызванный частым использованием инструмента в одном месте (например, высотомера ), что приводит к неровной поверхности и снижает общую точность плиты, это может значительно ускориться при наличии абразивной пыли. Инструменты и заготовки также могут вызывать повреждения при падении на поверхностную плиту. Кроме того, повреждения могут быть вызваны, если не удалены стружка и другой мусор. Это приведет к ошибочным измерениям. Повреждение плиты можно исправить только путем повторной шлифовки, которая требует специальных методов и оборудования в зависимости от марки плиты.
В отличие от большинства механических точных приборов, поверхностные пластины не получают свою точность от более точных стандартов . Вместо этого они создают точность путем применения принципа «автоматической генерации калибров». В этом процессе три приблизительно плоские поверхности постепенно очищаются до точной плоскостности путем ручного трения их друг о друга попарно с красящим веществом между ними, а затем ручного соскабливания высоких точек. Любые погрешности плоскостности устраняются этим соскабливанием, поскольку единственной стабильной, взаимно сопряженной формой поверхности является плоскость.
Важность высокоточной поверочной плиты была впервые признана Генри Модсли около 1800 года. Он создал системы скобления чугунной плиты до плоскостности, натирания синей краской пар плит для выявления дефектов и обработки плит в наборах по три штуки для обеспечения плоскостности путем избегания совпадения вогнутых и выпуклых пар. [3]
Джозеф Уитворт , родившийся в 1803 году, был учеником Модслея с 1825 года, но ушел к тому времени, когда начал свой собственный бизнес в 1833 году. Он описал этот процесс Британской ассоциации в 1840 году в своей статье «О производстве истинных плоскостей или поверхностей на металлах» — как он рассказал во время своего выступления в качестве председателя в 1856 году на инаугурационном собрании Британского института инженеров-механиков в Глазго. [4] [5] Его статья 1840 года и его предыдущая работа для Модслея привели к тому, что некоторые авторы утверждают, что Уитворт, а не Модслей, является создателем техники соскабливания поверхностной пластины. [6]
До Второй мировой войны металл был стандартным материалом, используемым для поверхностных пластин, однако военные усилия разных стран создали нагрузку на доступность металла. Владелец магазина памятников и металла (Уоллес Герман) в Дейтоне, штат Огайо, вместе со своим изобретательным сотрудником Дональдом В. Портером начали использовать гранит вместо металла для своих поверхностных пластин. Сегодня большинство поверхностных пластин по-прежнему изготавливаются из черного гранита, более точно называемого черным диабазом , а более износостойкие поверхностные пластины изготавливаются из кварцевого гранита. Содержание кварца в этих гранитных поверхностных пластинах увеличивает износостойкость пластины, поскольку кварц является более твердым камнем. Черный гранит в основном используется в основаниях машин, гранитных аксессуарах и индивидуальных приложениях из-за его превосходной жесткости, превосходного гашения вибрации и улучшенной обрабатываемости. Кварцевый гранит (обычно розовый, белый или серый) часто делается толще черного гранита, чтобы обеспечить равную несущую способность типов материалов, используемых для поверхностных пластин, поскольку он не такой жесткий, как черный гранит.
Повреждение гранитной поверхностной плиты обычно приводит к сколу, но не влияет на точность всей плоскости. Даже если она сколота, другая плоская поверхность все еще может контактировать с неповрежденной частью сколотой поверхностной плиты, тогда как повреждение чугунной плиты часто поднимает окружающий материал над рабочей плоскостью, из-за чего проверяемые объекты больше не располагаются параллельно поверхностной плите.
Гранит также по своей природе стабилен, немагнитен, обладает отличными характеристиками гашения вибраций и не ржавеет.
3 августа 1961 года была выпущена Федеральная спецификация GGG-P-463B, устанавливающая требования в общепринятых единицах измерения США для поверхностных плит из магматических пород (гранита) для использования в точной локационной разметке и инспекционных работах. Она включала новую сертификацию, повторную сертификацию в полевых условиях и повторную сертификацию после повторной обработки поверхности. Позднее GGG-P-463B была пересмотрена и переиздана 12 сентября 1973 года как GGG-P-463C, которая обеспечивала общий язык и термины классификации для производства и торговли поверхностными плитами. 15 июня 1977 года была выпущена поправка к федеральной спецификации с целью включения требований в метрических единицах .
Хотя GGG-P-463C широко использовался в американской промышленности с момента его публикации, правительство не выпускало никаких новых редакций, чтобы идти в ногу с достижениями в этой отрасли. Американское общество инженеров-механиков (ASME) решило сформировать комитет для пересмотра федеральной спецификации в соответствии с современными технологиями. В частности, был добавлен более полный глоссарий с принятыми в настоящее время определениями, а также был использован новый формат, который должен быть более знакомым для нынешних пользователей стандарта. ASME также признало необходимость обновлений для включения современных концепций, таких как прослеживаемость и неопределенность измерений, которые претерпели значительное развитие с 1973 года. В июне 2013 года ASME заменило Fed Spec GGG-P-463C на Американский национальный стандарт (ANS) ASME B89.3.7 – 2013 Granite Surface Plates. [7] Стандарт ISO определяет ISO8512-2 для гранитных поверхностных плит, но, похоже, текущий используемый стандарт все еще датируется 1990 годом. [8]
До Второй мировой войны почти все поверхностные плиты изготавливались из ребристого чугуна , при этом ребра использовались для повышения жесткости без увеличения веса цельной конструкции. Чугун подвергался старению для снижения напряжения в металле в попытке снизить вероятность скручивания или деформации плиты с течением времени.
Чугунные поверхностные плиты теперь часто используются на производственных площадках в качестве инструмента для притирки гранитных поверхностных плит для достижения определенных степеней точности. Металл позволяет пропитываться притирочной средой на большой плоской поверхности.
Несмотря на падение популярности среди механических цехов, чугун остается самым популярным материалом для эталонных поверхностей (отличное использование от поверхностных пластин) среди метрологов- лабораторий , машиностроителей, производителей калибров и других высокоточных отраслей промышленности, где требуется измерение плоскостности. Правильно отлитый чугун более размерно и геометрически стабилен с течением времени, чем гранит или керамика, [9] его легче обрабатывать до более высокой степени плоскостности, и он обеспечивает лучшую опорную поверхность для создания других эталонов. Эти специализированные поверхностные пластины производятся в наборах по три штуки компанией, которая будет их использовать, поэтому пластины можно регулярно проверять и дорабатывать, в том числе методом трех пластин Уитворта, без необходимости отправлять их на восстановление. Несмотря на свою высокую стабильность, чугун остается непригодным для использования в качестве обычной поверхностной пластины в производственных приложениях с высокими допусками из-за теплового расширения. Природа и использование эталонной поверхности, напротив, уже требуют дорогостоящих мер по контролю температуры независимо от выбора материала, и чугун становится предпочтительным.
Чугун, в отличие от гранита, имеет очень однородные оптические свойства и, в отличие от стекла или керамики, очень малую глубину проникновения света, что делает его подходящим для определенных оптических применений. [10]
Стекло является альтернативным материалом и использовалось во время Второй мировой войны, когда не хватало материалов и производственных мощностей. Стекло можно соответствующим образом отшлифовать, и оно имеет то преимущество, что оно крошится, а не образует заусенец , что является проблемой при использовании серого чугуна.
Поверочная плита используется вместе с такими принадлежностями, как угольник , поверочная линейка , меры длины , синусная линейка , синусная пластина, циферблатный индикатор , параллели , угловая пластина , высотомер и т. д.
Калибровка гранитной поверхностной плиты должна проводиться регулярно, чтобы поддерживать надлежащую плоскостность и обеспечивать точность измерений с течением времени. Интервалы между калибровками зависят от среды, в которой находится поверхностная плита. При необходимости выполняется шлифовка или повторная шлифовка, чтобы привести измерения в соответствие с рекомендациями по классу. Эта процедура включает полировку поверхности абразивной пастой для удаления всего нежелательного материала. Калибровка гранитной поверхностной плиты также включает очистку и легкую полировку.
Медиа, связанные с Surface plates на Wikimedia Commons