Zasadniczo obrabiarka jest narzędziem dla maszyny, które prowadzi ścieżkę narzędzia – nie za pomocą bezpośredniego, ręcznego prowadzenia, takiego jak narzędzia ręczne i prawie wszystkie narzędzia ludzkie, dopóki ludzie nie wymyślili obrabiarki.
Sterowanie numeryczne (NC) odnosi się do wykorzystania logiki programowalnej (dane w postaci liter, cyfr, symboli, słów lub kombinacji) do automatycznego sterowania narzędziami obróbkowymi.Zanim się pojawił, narzędzia do obróbki były zawsze kontrolowane przez operatorów ręcznych.
Komputerowe sterowanie numeryczne (CNC) odnosi się do wysyłania dokładnie zakodowanych instrukcji do mikroprocesora w systemie sterowania narzędziem obróbkowym, aby poprawić dokładność i spójność.CNC, o którym mówi się dzisiaj, prawie wszystkie odnosi się do frezarek podłączonych do komputerów.Technicznie rzecz biorąc, można nim opisać dowolną maszynę sterowaną przez komputer.
W minionym stuleciu wiele wynalazków położyło podwaliny pod rozwój obrabiarek CNC.W tym miejscu przyjrzymy się czterem podstawowym elementom rozwoju technologii sterowania numerycznego: wczesnym obrabiarkom, kartom perforowanym, serwomechanizmom i językowi programowania automatycznych narzędzi programistycznych (APT).
Wczesne obrabiarki
Podczas drugiej rewolucji przemysłowej w Wielkiej Brytanii, James Watt był chwalony za stworzenie silnika parowego, który napędzał rewolucję przemysłową, ale napotkał trudności w produkcji dokładności cylindrów silnika parowego do 1775 roku, John Johnwilkinson stworzył coś, co jest znane jako pierwsza na świecie obrabiarka do wytaczania cylindrów silnika parowego i został rozwiązany.Ta nudna maszyna została również zaprojektowana przez Wilkinsona w oparciu o jego oryginalne działo;
Karta dziurkacza
W 1725 r. Basile Bouchon, francuski robotnik tekstylny, wynalazł metodę kontrolowania krosien za pomocą zakodowanych danych na taśmach papierowych przez szereg otworów.Choć jest to przełomowe, to wada tej metody jest również oczywista, to znaczy wciąż potrzebuje operatorów.W 1805 roku Joseph Marie żakard przyjął tę koncepcję, ale została wzmocniona i uproszczona poprzez użycie mocniejszych kart dziurkowanych ułożonych w kolejności, automatyzując w ten sposób proces.Te dziurkowane karty są powszechnie uważane za podstawę nowoczesnych komputerów i wyznaczają koniec domowego rzemiosła w tkactwie.
Co ciekawe, tkacze jedwabiu w tamtych czasach sprzeciwiali się krosnom żakardowym, obawiając się, że ta automatyzacja pozbawi ich pracy i środków do życia.Wielokrotnie palili krosna wprowadzane do produkcji;Jednak ich opór okazał się daremny, ponieważ branża dostrzegła zalety zautomatyzowanych krosien.Do 1812 roku we Francji używano 11000 krosien żakardowych.
Karty dziurkowane opracowane pod koniec XIX wieku i znalazły wiele zastosowań, od telegrafu po automatyczne pianino.Chociaż o mechanicznej kontroli decydowały wczesne karty, amerykański wynalazca Herman Hollerith stworzył elektromechaniczny tabulator kart dziurkowanych, który zmienił zasady gry.Jego system został opatentowany w 1889 roku, kiedy pracował dla US Census Bureau.
Herman Hollerith założył firmę tabulatorową w 1896 r. i połączył się z czterema innymi firmami, aby w 1924 r. założyć IBM. W drugiej połowie XX wieku po raz pierwszy zastosowano karty dziurkowane do wprowadzania i przechowywania danych w komputerach i maszynach sterowanych numerycznie.Oryginalny format ma pięć rzędów otworów, kolejne wersje mają sześć, siedem, osiem lub więcej rzędów.
Mechanizm serwo
Serwomechanizm to automatyczne urządzenie, które wykorzystuje indukcyjne sprzężenie zwrotne o błędzie do korygowania wydajności maszyny lub mechanizmu.W niektórych przypadkach serwo pozwala na sterowanie urządzeniami o dużej mocy przez urządzenia o znacznie mniejszej mocy.Serwomechanizm składa się z urządzenia sterowanego, innego urządzenia wydającego polecenia, przyrządu do wykrywania błędów, wzmacniacza sygnału błędu oraz urządzenia (silnika serwo) korygującego błędy.Systemy serwo są zwykle używane do sterowania takimi zmiennymi, jak położenie i prędkość, a najczęściej są to systemy elektryczne, pneumatyczne lub hydrauliczne.
Pierwszy elektryczny serwomechanizm został założony przez kalendarz H. w Wielkiej Brytanii w 1896 roku. Do 1940 roku MIT stworzył specjalne laboratorium serwomechanizmów, które powstało z rosnącej uwagi Wydziału Elektrotechniki na ten temat.W obróbce CNC system serwo jest bardzo ważny dla osiągnięcia dokładności tolerancji wymaganej przez automatyczny proces obróbki.
Automatyczne narzędzie do programowania (APT)
Automatyczne narzędzie programujące (APT) narodziło się w laboratorium serwomechanizmu w Massachusetts Institute of technology w 1956 roku. Jest to twórcze osiągnięcie grupy aplikacji komputerowych.Jest to łatwy w użyciu język programowania wysokiego poziomu, który jest specjalnie używany do generowania instrukcji dla obrabiarek CNC.Oryginalna wersja była wcześniejsza niż FORTRAN, ale późniejsze wersje zostały przepisane za pomocą Fortran.
Apt to język stworzony do pracy z pierwszą maszyną NC MIT, która jest pierwszą na świecie maszyną NC.Następnie nadal stał się standardem programowania obrabiarek sterowanych komputerowo i był szeroko stosowany w latach 70. XX wieku.Później rozwój apt był sponsorowany przez siły powietrzne i ostatecznie został udostępniony sektorowi cywilnemu.
Douglas T. Ross, szef grupy aplikacji komputerowych, znany jest jako ojciec apt.Później ukuł termin „projektowanie wspomagane komputerowo” (CAD).
Narodziny kontroli numerycznej
Przed pojawieniem się obrabiarek CNC, pierwszym z nich jest rozwój obrabiarek CNC i pierwszych obrabiarek CNC.Chociaż istnieją pewne różnice w różnych opisach szczegółów historycznych, pierwsza obrabiarka CNC jest nie tylko odpowiedzią na specyficzne wyzwania produkcyjne, przed którymi stoi wojsko, ale także naturalnym rozwojem systemu kart dziurkowanych.
„Sterowanie cyfrowe oznacza początek drugiej rewolucji przemysłowej i nadejście ery naukowej, w której sterowanie maszynami i procesami przemysłowymi zmieni się z niedokładnych szkiców na dokładne”.– Stowarzyszenie Inżynierów Produkcji.
Amerykański wynalazca John T. Parsons (1913 – 2007) jest powszechnie uważany za ojca sterowania numerycznego.Opracował i wdrożył technologię sterowania numerycznego z pomocą inżyniera lotniczego Franka L. Stulena.Jako syn producenta w Michigan, Parsons rozpoczął pracę jako monter w fabryce ojca w wieku 14 lat. Później był właścicielem i prowadził wiele zakładów produkcyjnych w ramach rodzinnej firmy produkcyjnej Parsons.
Parsons ma pierwszy patent NC i został wybrany do Galerii sław National Inventors za pionierskie prace w dziedzinie sterowania numerycznego.Parsons posiada łącznie 15 patentów, a kolejne 35 jest przyznanych jego przedsiębiorstwu.Społeczeństwo inżynierów produkcji przeprowadziło wywiad z Parsonsem w 2001 roku, aby każdy mógł poznać jego historię z jego perspektywy.
Wczesny harmonogram NC
1942:John T. Parsons zlecił firmie Sikorsky Aircraft produkcję łopat wirnika helikoptera.
1944:z powodu wady konstrukcyjnej belki skrzydłowej jedna z pierwszych 18 wyprodukowanych przez nich ostrzy uległa awarii, co spowodowało śmierć pilota.Ideą Parsonsa jest przebicie łopaty wirnika metalem, aby ją wzmocnić oraz zastąpienie kleju i śrub mocujących zespół.
1946:ludzie chcieli stworzyć narzędzie produkcyjne do dokładnej produkcji ostrzy, co było ogromnym i złożonym wyzwaniem w ówczesnych warunkach.Dlatego Parsons zatrudnił inżyniera lotniczego Franka Stulena i utworzył zespół inżynierów z trzema innymi osobami.Stulen pomyślał o użyciu kart perforowanych IBM do określenia poziomu naprężenia na ostrzu, i wynajęli siedem maszyn IBM do tego projektu.
W 1948 r. cel łatwej zmiany sekwencji ruchu w obrabiarkach automatycznych został osiągnięty na dwa główne sposoby – w porównaniu z ustawieniem stałej sekwencji ruchu – i jest realizowany na dwa główne sposoby: sterowanie śledzące i sterowanie cyfrowe.Jak widać, w pierwszej kolejności należy wykonać fizyczny model obiektu (lub przynajmniej kompletny rysunek, np. telefon z hydroelektrownią Cincinnati).Drugim nie jest uzupełnianie obrazu przedmiotu lub części, a jedynie jego abstrahowanie: modele matematyczne i instrukcje maszynowe.
1949:Siły Powietrzne USA potrzebują pomocy ultraprecyzyjnej konstrukcji skrzydeł.Parsons sprzedał swoją maszynę CNC i wygrał kontrakt o wartości 200000 dolarów, aby to urzeczywistnić.
1949:Parsons i Stulen współpracowali z Snyder machine & tool Corp. nad rozwojem maszyn i zdali sobie sprawę, że potrzebują serwosilników, aby maszyny działały dokładnie.Parsons zlecił podwykonawstwo serwosystemu „frezarki card-a-matic” do laboratorium serwomechanizmów Massachusetts Institute of technology.
1952 (maj): Parsons złożył wniosek o patent na „urządzenie sterujące silnikiem do pozycjonowania obrabiarek”.Udzielił patentu w 1958 roku.
1952 (sierpień):w odpowiedzi MIT złożył wniosek o patent na „system serwo sterowania numerycznego”.
Po II wojnie światowej Siły Powietrzne Stanów Zjednoczonych podpisały kilka kontraktów z firmą Parsons, aby dalej rozwijać innowację w zakresie obróbki NC, stworzoną przez jej założyciela Johna Parsonsa.Parsons był zainteresowany eksperymentami przeprowadzanymi w laboratorium serwomechanizmu MIT i zaproponował, aby w 1949 roku MIT został podwykonawcą projektu, aby zapewnić wiedzę specjalistyczną w zakresie automatycznego sterowania.W ciągu następnych 10 lat MIT przejął kontrolę nad całym projektem, ponieważ wizja „trójosiowej ciągłej kontroli ścieżki” laboratorium serwo zastąpiła oryginalną koncepcję Parsonsa „cięcie w pozycjonowaniu cięcia”.Problemy zawsze kształtują technologię, ale ta szczególna historia zapisana przez historyka Davida Noble'a stała się ważnym kamieniem milowym w historii technologii.
1952:MIT zademonstrował swój 7-szynowy system perforowanych pasów, który jest skomplikowany i drogi (250 lamp próżniowych, 175 przekaźników, w pięciu szafach wielkości lodówek).
Pierwotną frezarką CNC firmy MIT w 1952 roku była hydro Tel, zmodyfikowana firma zajmująca się frezowaniem 3-osiowym z Cincinnati.
We wrześniu 1952 r. w czasopiśmie „automatyczne sterowanie” Scientific American ukazało się siedem artykułów na temat „samoregulującej się maszyny, która reprezentuje naukową i technologiczną rewolucję, która skutecznie ukształtuje przyszłość ludzkości”.
1955:Concord Controls (składający się z członków oryginalnego zespołu MIT) stworzył kartę numeryczną, która zastąpiła perforowaną taśmę w maszynach MIT NC czytnikiem taśm opracowanym przez GE.
Przechowywanie taśm
1958:Parsons uzyskał patent USA 2820187 i sprzedał wyłączną licencję firmie Bendix.IBM, Fujitsu i general electric uzyskały sublicencje po tym, jak zaczęli opracowywać własne maszyny.
1958:MIT opublikował raport na temat ekonomiki NC, w którym stwierdzono, że obecna maszyna NC tak naprawdę nie oszczędza czasu, ale przenosi siłę roboczą z warsztatu fabrycznego do ludzi, którzy produkują taśmy perforowane.
Czas publikacji: 19 lipca-2022