Lényegében a szerszámgép egy olyan eszköz a gép számára, amely a szerszám útját vezeti – nem közvetlen, kézi irányítással, mint például a kézi szerszámok és szinte minden emberi szerszám, amíg az emberek fel nem találták a szerszámgépet.
A numerikus vezérlés (NC) programozható logika (az adatok betűk, számok, szimbólumok, szavak vagy kombinációk formájában) használatát jelenti a megmunkáló szerszámok automatikus vezérlésére. Megjelenése előtt a feldolgozószerszámokat mindig kézi kezelők irányították.
A számítógépes numerikus vezérlés (CNC) arra utal, hogy pontosan kódolt utasításokat küldenek a megmunkálószerszám-vezérlőrendszerben lévő mikroprocesszornak a pontosság és a konzisztencia javítása érdekében. A CNC, amelyről ma beszélnek, szinte mind a számítógéphez csatlakoztatott marógépekre vonatkozik. Technikailag bármilyen számítógép által vezérelt gép leírására használható.
Az elmúlt évszázadban számos találmány alapozta meg a CNC szerszámgépek fejlesztését. Itt a numerikus vezérlési technológia fejlődésének négy alapelemét nézzük meg: a korai szerszámgépeket, lyukkártyákat, szervo mechanizmusokat és az automatikus programozási eszközök (APT) programozási nyelvét.
Korai szerszámgépek
A második ipari forradalom idején Nagy-Britanniában James Wattot dicsérték az ipari forradalmat hajtó gőzgép megalkotásáért, de nehézségekbe ütközött a gőzgép hengereinek pontos gyártása során egészen 1775-ig, John Johnwilkinson megalkotta a világ első szerszámgépét. gőzgép hengereinek fúrására és megoldották. Ezt az unalmas gépet is Wilkinson tervezte eredeti ágyúja alapján;
Lyukkártya
1725-ben Basile Bouchon, egy francia textilmunkás feltalált egy módszert a szövőszékek vezérlésére úgy, hogy papírszalagon kódolt adatokat használt, lyukakon keresztül. Bár úttörő, ennek a módszernek a hátránya is nyilvánvaló, vagyis még operátorokra van szükség. 1805-ben a Joseph Marie jacquard átvette ezt a koncepciót, de erősebb lyukkártyákkal, egymás után elrendezett lyukkártyákkal megerősítették és egyszerűsítették, ezzel automatizálva a folyamatot. Ezeket a lyukkártyákat széles körben a modern számítástechnika alapjainak tekintik, és a szövésben a házi kézműves ipar végét jelentik.
Érdekes módon akkoriban a jacquard szövőszékek ellenálltak a selyemszövőknek, akik attól tartottak, hogy ez az automatizálás megfosztja őket munkájuktól és megélhetésüktől. Többször elégették a termelésbe helyezett szövőszékeket; Ellenállásuk azonban hiábavalónak bizonyult, mert az ipar felismerte az automatizált szövőszék előnyeit. 1812-re 11 000 jacquard szövőszéket használtak Franciaországban.
A lyukkártyákat az 1800-as évek végén fejlesztették ki, és számos felhasználási területet találtak a távírótól az automata zongoráig. Bár a mechanikus irányítást a korai kártyák határozták meg, Herman Hollerith amerikai feltaláló megalkotott egy elektromechanikus lyukkártya-táblázatot, amely megváltoztatta a játékszabályokat. Rendszerét 1889-ben szabadalmaztatták, amikor az US Census Bureau-nál dolgozott.
Szervo mechanizmus
A szervo mechanizmus egy automatikus eszköz, amely a gép vagy a mechanizmus teljesítményének kijavításához hibás induktív visszacsatolást használ. Bizonyos esetekben a szervo lehetővé teszi a nagy teljesítményű eszközök vezérlését sokkal kisebb teljesítményű eszközökkel. The servo mechanism is composed of a controlled device, another device that gives commands, an error detection instrument, an error signal amplifier and a device (servo motor) that corrects errors. A szervorendszereket általában olyan változók vezérlésére használják, mint a helyzet és a sebesség, és a leggyakoribbak az elektromos, pneumatikus vagy hidraulikus.
Az első elektromos szervo mechanizmust a H. calendar alapította 1896-ban Nagy-Britanniában. 1940-re az MIT egy speciális szervomechanikai laboratóriumot hozott létre, amely abból adódott, hogy az Elektrotechnikai Tanszék egyre nagyobb figyelmet fordított erre a témára. A CNC megmunkálásban a szervorendszer nagyon fontos az automatikus megmunkálási folyamat által megkövetelt tűréspontosság eléréséhez.
Automatikus programozó eszköz (APT)
Az Automatic Programming Tool (APT) a Massachusetts Institute of Technology szervomechanikai laboratóriumában született 1956-ban. Ez a számítógépes alkalmazáscsoport kreatív eredménye. Ez egy könnyen használható, magas szintű programozási nyelv, amelyet kifejezetten CNC szerszámgépekhez használnak utasítások generálására. Az eredeti verzió korábbi volt, mint a FORTRAN, de a későbbi verziókat átírták a Fortrannal.
Az Apt egy olyan nyelv, amely az MIT első NC-gépével működik, amely a világ első NC-gépe. Ezután továbbra is a számítógéppel vezérelt szerszámgép-programozás szabványává vált, és az 1970-es években széles körben alkalmazták. Később az apt fejlesztését a légierő támogatta, és végül megnyitották a polgári szektor előtt.
Douglas T. Ross, a számítógépes alkalmazási csoport vezetője az apt atyjaként ismert. Később ő alkotta meg a „számítógéppel segített tervezés” (CAD) kifejezést.
A numerikus vezérlés születése
A CNC szerszámgépek megjelenése előtt az első a CNC szerszámgépek és az első CNC szerszámgépek fejlesztése. Bár vannak eltérések a történeti részletek különböző leírásaiban, az első CNC szerszámgép nem csupán a katonaság sajátos gyártási kihívásaira adott válasz, hanem a lyukkártya-rendszer természetes fejlődése is.
„A digitális vezérlés a második ipari forradalom kezdetét jelenti, és a tudományos korszak beköszöntét jelenti, amelyben a gépek és ipari folyamatok irányítása pontatlan vázlatokról pontosra változik.” – Gyártómérnökök szövetsége.
John T. Parsons amerikai feltalálót (1913-2007) széles körben a numerikus vezérlés atyjaként tartják számon. A numerikus vezérlési technológiát Frank L. stulen repülőgépmérnök segítségével alkotta meg és valósította meg. Egy michigani gyártó fiaként Parsons 14 évesen kezdett összeszerelőként dolgozni apja gyárában. Később számos gyártóüzemet birtokolt és üzemeltetett a családi vállalkozás, a Parsons gyártó cég alatt.
Parsons rendelkezik az első NC szabadalommal, és beválasztották a National Inventors Hall of Fame-be a numerikus vezérlés terén végzett úttörő munkájáért. Parsonsnak összesen 15 szabadalma van, és további 35 -et adnak vállalkozásának. A gyártómérnökök társasága 2001-ben interjút készített Parsons-szal, hogy mindenki megismerje történetét az ő szemszögéből.
Korai NC ütemterv
1942:john T. Parsons-t a Sikorsky Aircraft alvállalkozásba adta a helikopter rotorlapátjainak gyártására.
1944:a szárnygerenda tervezési hibája miatt az első 18 általuk gyártott lapát közül az egyik meghibásodott, ami a pilóta halálát okozta. Parsons ötlete az, hogy a rotorlapátot fémmel lyukasztja meg, hogy megerősítse, és ragasztót és csavarokat cseréljen ki a szerelvény rögzítéséhez.
1946:people wanted to create a manufacturing tool to accurately produce blades, which was a huge and complex challenge for the conditions at that time. Ezért Parsons felbérelte Frank stulent repülőgépmérnököt, és három másik emberrel mérnöki csapatot hozott létre. Stulen arra gondolt, hogy az IBM Punch kártyákat használja a penge stresszszintjének meghatározására, és hét IBM gépet béreltek a projekthez.
1948-ban az automata szerszámgépek mozgási sorrendjének könnyű megváltoztatásának célját két fő módon érték el – a fix mozgássor beállításához képest –, és két fő módon valósítják meg: nyomkövető vezérléssel és digitális vezérléssel. Amint látjuk, az elsőnek el kell készítenie az objektum fizikai modelljét (vagy legalább egy teljes rajzot, mint például a Cincinnati kábelnyomkövető vízerőmű telefon). A második nem a tárgy vagy alkatrész képének kiegészítése, hanem csak absztrakciója: matematikai modellek és gépi utasítások.
1949:az amerikai légierőnek szüksége van az ultraprecíziós szárnyszerkezet segítségére. Parsons eladta CNC-gépét, és 200 000 dollár értékű szerződést nyert, hogy megvalósítsa.
1949:
1952 (május): Parsons szabadalmat kért „szerszámgépek pozicionáló motorvezérlő berendezésére”. 1958-ban megadta a szabadalmat.
1952 (augusztus):válaszul az MIT szabadalmat kért a „numerikus vezérlésű szervorendszerre”.
After World War II, the US Air Force signed several contracts with Parsons to further develop the NC machining innovation made by its founder John Parsons. Parsons was interested in the experiments being carried out in the servo mechanism Laboratory of MIT and proposed that MIT become a project subcontractor in 1949 to provide expertise in automatic control. Az elkövetkező 10 évben az MIT megszerezte az egész projekt irányítását, mivel a Servo Laboratory „háromtengelyes folyamatos útvezérlésének” elképzelése helyettesítette Parsons eredeti koncepcióját, hogy „vágja le a helymeghatározást”. A problémák mindig alakítják a technológiát, de ez a különleges történet, amelyet David Noble történész rögzített, fontos mérföldkővé vált a technológia történetében.
1952:Az MIT bemutatta a 7 sínes perforált hevederrendszerét, amely bonyolult és drága (250 vákuumcső, 175 relé, öt hűtőszekrény méretű szekrényben).
Az MIT eredeti CNC marógépe 1952-ben a hydro Tel volt, egy módosított 3 tengelyes Cincinnati marógép cég.
A Scientific American 1952 szeptemberében megjelent „automatic control” folyóiratában hét cikk található az „önszabályozó gépről, amely egy olyan tudományos és technológiai forradalmat képvisel, amely hatékonyan alakítja az emberiség jövőjét”.
1955:A Concord vezérlők (amelyek az MIT eredeti csapatának tagjaiból állnak) létrehozták a numericardot, amely az MIT NC gépeken a perforált szalagot a GE által fejlesztett szalagolvasóval helyettesítette.
Szalagos tárolás
1958:Parsons megszerezte a 2820187-es amerikai szabadalmat, és eladta a kizárólagos licencet a Bendixnek. Az IBM, a Fujitsu és a General Electric mind allicenceket kapott, miután elkezdték fejleszteni saját gépeiket.
1958:Az MIT közzétett egy jelentést az NC-gazdaságtanról, amely arra a következtetésre jutott, hogy a jelenlegi NC-gép nem igazán spórolt időt, hanem a gyári műhelyből a munkaerőt áthelyezte a perforált szíjakat készítőkhöz.
Feladás időpontja: 2022. július 19