Lényegében a szerszámgép egy olyan eszköz a gép számára, amely a szerszám útját vezeti – nem közvetlen, kézi irányítással, például kézi szerszámokkal és szinte minden emberi szerszámmal, 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 tekintjük át: a korai szerszámgépeket, lyukkártyákat, szervo mechanizmusokat és az automatikus programozási eszközök (APT) programozási nyelvét.
Korai szerszámgépek
A második ipari forradalom idején Nagy-Britanniában James Watt dicséretben részesült 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 szüksége.1805-ben a Joseph Marie jacquard átvette ezt a koncepciót, de megerősítették és egyszerűsítették az erősebb lyukkártyák szekvenciális elrendezésével, ezáltal 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 vezérlést 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.
Herman Hollerith 1896-ban alapította a tabulátorcéget, majd 1924-ben négy másik céggel egyesült az IBM megalapításával. A 20. század második felében használták először a lyukkártyákat számítógépek és numerikus vezérlőgépek adatbevitelére és tárolására.Az eredeti formátum öt sornyi lyukat tartalmaz, míg a későbbi verziók hat, hét, nyolc vagy több sorral rendelkeznek.
Szervo mechanizmus
A szervo mechanizmus egy automatikus eszköz, amely hibainduktív visszacsatolást használ a gép vagy mechanizmus teljesítményének javítására.Egyes esetekben a szervo lehetővé teszi a nagy teljesítményű eszközök vezérlését sokkal kisebb teljesítményű eszközökkel.A szervo mechanizmus egy vezérelt eszközből, egy másik, parancsokat adó eszközből, egy hibaérzékelő műszerből, egy hibajel-erősítőből és egy hibajavító eszközből (szervomotorból) áll.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 a Villamosmérnöki 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 szerszámgépek utasításainak generálására használnak.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 számítógép által 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 csak válasz a katonaság sajátos gyártási kihívásaira, 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 az 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 a családi vállalkozás, a Parsons gyártó cég alatt számos gyártóüzemet birtokolt és üzemeltetett.
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 szabadalmat kapott a vállalkozása.A gyártómérnökök társasága 2001-ben interjút készített Parsons-szal, hogy mindenki megismerje történetét az ő szemszögéből.
Korai NC menetrend
1942:john T. Parsons-t a Sikorsky Aircraft alvállalkozásba adta a helikopter rotorlapátjainak gyártására.
1944:a szárnygerenda tervezési hibája miatt az általuk gyártott első 18 lapát közül az egyik meghibásodott, ami a pilóta halálát okozta.Parsons ötlete az, hogy a forgórészlapátot fémmel lyukasztja meg, hogy megerősítse, és ragasztót és csavarokat cseréljen a szerelvény rögzítéséhez.
1946:az emberek egy gyártóeszközt akartak létrehozni a pengék pontos előállítására, ami óriási és összetett kihívás volt az akkori körülményekhez képest.Ezért Parsons felbérelte Frank stulent repülőgépmérnököt, és három másik emberrel mérnöki csapatot hozott létre.Stulen arra gondolt, hogy IBM lyukkártyákat használ a penge feszültségének meghatározására, és hét IBM gépet béreltek a projekthez.
1948-ban az automata szerszámgépek mozgási sorrendjének egyszerű 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 teljessé tétele, 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:Parsons és Stulen a Snyder Machine & Tool Corp.-vel dolgozott gépek fejlesztésén, és rájöttek, hogy szervomotorokra van szükségük a gépek pontos működéséhez.Parsons a „card-a-matic marógép” szervorendszerét alvállalkozásba adta a Massachusetts Institute of Technology szervomechanikai laboratóriumának.
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”.
A második világháború után az Egyesült Államok légiereje több szerződést írt alá Parsonsszal az alapító, John Parsons által készített NC megmunkálási innováció továbbfejlesztésére.Parsons érdeklődött az MIT szervomechanikai laboratóriumában végzett kísérletek iránt, és azt javasolta, hogy az MIT 1949-ben váljon a projekt alvállalkozójává, hogy szakértelmet biztosítson az automatikus vezérlésben.A következő 10 évben az MIT megszerezte az egész projekt irányítását, mivel a szervolaboratórium „háromtengelyes folyamatos pályavezérlésének” víziója felváltotta Parsons eredeti „vágási pozicionálási” koncepcióját.A technológiát mindig a problémák alakítják, de ez a különleges történet, amelyet David noble történész írt le, fontos mérföldkővé vált a technika történetében.
1952:Az MIT bemutatta 7 sínes perforált övrendszerét, 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.
Hét cikk található az „önszabályozó gépről, amely az emberiség jövőjét hatékonyan alakító tudományos és technológiai forradalmat képvisel” a Scientific American „automatic control” című folyóiratában 1952 szeptemberében.
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 időt takarít meg, hanem a gyári műhelyből a munkaerőt áthelyezte a perforált szíjakat készítőkhöz.
Feladás időpontja: 2022. július 19