Στην ουσία, η εργαλειομηχανή είναι ένα εργαλείο για το μηχάνημα που καθοδηγεί τη διαδρομή του εργαλείου – όχι με άμεση, χειροκίνητη καθοδήγηση, όπως τα χειροκίνητα εργαλεία και σχεδόν όλα τα ανθρώπινα εργαλεία, έως ότου οι άνθρωποι ανακάλυψαν την εργαλειομηχανή.
Ο αριθμητικός έλεγχος (NC) αναφέρεται στη χρήση προγραμματιζόμενης λογικής (δεδομένα με τη μορφή γραμμάτων, αριθμών, συμβόλων, λέξεων ή συνδυασμών) για τον αυτόματο έλεγχο εργαλείων μηχανικής κατεργασίας.Πριν εμφανιστεί, τα εργαλεία επεξεργασίας ελέγχονταν πάντα από χειροκίνητους χειριστές.
Ο αριθμητικός έλεγχος υπολογιστή (CNC) αναφέρεται στην αποστολή με ακρίβεια κωδικοποιημένων οδηγιών στον μικροεπεξεργαστή στο σύστημα ελέγχου εργαλείων μηχανικής κατεργασίας, έτσι ώστε να βελτιωθεί η ακρίβεια και η συνέπεια.Το CNC για το οποίο μιλούν οι άνθρωποι σήμερα αναφέρεται σχεδόν σε μηχανές φρεζαρίσματος που συνδέονται με υπολογιστές.Από τεχνική άποψη, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να περιγράψει οποιοδήποτε μηχάνημα που ελέγχεται από έναν υπολογιστή.
Τον περασμένο αιώνα, πολλές εφευρέσεις έθεσαν τα θεμέλια για την ανάπτυξη εργαλειομηχανών CNC.Εδώ, εξετάζουμε τέσσερα βασικά στοιχεία της ανάπτυξης της τεχνολογίας αριθμητικού ελέγχου: πρώιμες εργαλειομηχανές, κάρτες διάτρησης, μηχανισμοί σερβομηχανισμού και γλώσσα προγραμματισμού εργαλείων αυτόματου προγραμματισμού (APT).
Πρώιμες εργαλειομηχανές
Κατά τη διάρκεια της δεύτερης βιομηχανικής επανάστασης στη Βρετανία, ο James Watt επαινέστηκε για τη δημιουργία της ατμομηχανής που τροφοδότησε τη βιομηχανική επανάσταση, αλλά αντιμετώπισε δυσκολίες στην κατασκευή των κυλίνδρων ατμομηχανών μέχρι το 1775, ο John Johnwilkinson δημιούργησε αυτό που είναι γνωστό ως η πρώτη εργαλειομηχανή στον κόσμο. για βαρετούς κυλίνδρους ατμομηχανών και λύθηκε.Αυτό το βαρετό μηχάνημα σχεδιάστηκε επίσης από τον Wilkinson με βάση το αρχικό του κανόνι.
Κάρτα διάτρησης
Το 1725, ο Basile bouchon, ένας Γάλλος εργάτης κλωστοϋφαντουργίας, εφηύρε μια μέθοδο ελέγχου αργαλειών χρησιμοποιώντας κωδικοποιημένα δεδομένα σε χαρτοταινίες μέσω μιας σειράς οπών.Αν και είναι πρωτοποριακή, το μειονέκτημα αυτής της μεθόδου είναι επίσης εμφανές, δηλαδή χρειάζεται ακόμα χειριστές.Το 1805, ο Joseph Marie jacquard υιοθέτησε αυτή την ιδέα, αλλά ενισχύθηκε και απλοποιήθηκε με τη χρήση ισχυρότερων διάτρητων καρτών διατεταγμένων στη σειρά, αυτοματοποιώντας έτσι τη διαδικασία.Αυτές οι διάτρητες κάρτες θεωρούνται ευρέως ότι αποτελούν τη βάση της σύγχρονης πληροφορικής και σηματοδοτούν το τέλος της οικιακής βιοτεχνίας στην υφαντική.
Είναι ενδιαφέρον ότι οι αργαλειοί ζακάρ αντιστέκονταν από τους μεταξουργούς εκείνη την εποχή, οι οποίοι ανησυχούσαν ότι αυτός ο αυτοματισμός θα τους στερούσε τη δουλειά και τα προς το ζην.Έκαψαν επανειλημμένα τους αργαλειούς που τέθηκαν σε παραγωγή.Ωστόσο, η αντίστασή τους αποδείχθηκε μάταιη, επειδή η βιομηχανία αναγνώρισε τα πλεονεκτήματα των αυτοματοποιημένων αργαλειών.Μέχρι το 1812, 11000 αργαλειοί ζακάρ χρησιμοποιούνταν στη Γαλλία.
Οι διάτρητες κάρτες αναπτύχθηκαν στα τέλη του 1800 και βρήκαν πολλές χρήσεις, από τηλέγραφο μέχρι αυτόματο πιάνο.Αν και ο μηχανικός έλεγχος αποφασιζόταν από τα πρώτα φύλλα, ο Αμερικανός εφευρέτης Herman Hollerith δημιούργησε έναν ηλεκτρομηχανικό πίνακα διατρήσεων, ο οποίος άλλαξε τους κανόνες του παιχνιδιού.Το σύστημά του κατοχυρώθηκε με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας το 1889, όταν εργαζόταν για το Γραφείο Απογραφής των ΗΠΑ.
Ο Herman Hollerith ίδρυσε την εταιρεία tabulator το 1896 και συγχωνεύθηκε με τέσσερις άλλες εταιρείες για να ιδρύσει την IBM το 1924. Στο δεύτερο μισό του 20ου αιώνα, οι διάτρητες κάρτες χρησιμοποιήθηκαν για πρώτη φορά για εισαγωγή δεδομένων και αποθήκευση υπολογιστών και μηχανών αριθμητικού ελέγχου.Η αρχική μορφή έχει πέντε σειρές οπών, ενώ οι επόμενες εκδόσεις έχουν έξι, επτά, οκτώ ή περισσότερες σειρές.
Μηχανισμός σερβομηχανισμού
Ο σερβομηχανισμός είναι μια αυτόματη συσκευή, η οποία χρησιμοποιεί επαγωγική ανάδραση σφάλματος για να διορθώσει την απόδοση του μηχανήματος ή του μηχανισμού.Σε ορισμένες περιπτώσεις, το servo επιτρέπει σε συσκευές υψηλής ισχύος να ελέγχονται από συσκευές με πολύ χαμηλότερη ισχύ.Ο σερβομηχανισμός αποτελείται από μια ελεγχόμενη συσκευή, μια άλλη συσκευή που δίνει εντολές, ένα όργανο ανίχνευσης σφαλμάτων, έναν ενισχυτή σήματος σφάλματος και μια συσκευή (σερβοκινητήρας) που διορθώνει τα σφάλματα.Τα σερβο συστήματα χρησιμοποιούνται συνήθως για τον έλεγχο μεταβλητών όπως η θέση και η ταχύτητα, και τα πιο συνηθισμένα είναι τα ηλεκτρικά, τα πνευματικά ή τα υδραυλικά.
Ο πρώτος ηλεκτρικός σερβομηχανισμός ιδρύθηκε από τον H. calendar στη Βρετανία το 1896. Μέχρι το 1940, το MIT δημιούργησε ένα ειδικό εργαστήριο μηχανισμών σερβομηχανισμού, το οποίο προήλθε από την αυξανόμενη προσοχή του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών σε αυτό το θέμα.Στην κατεργασία CNC, το σερβο σύστημα είναι πολύ σημαντικό για την επίτευξη της ακρίβειας ανοχής που απαιτείται από την αυτόματη διαδικασία μηχανικής κατεργασίας.
Εργαλείο αυτόματου προγραμματισμού (APT)
Το εργαλείο αυτόματου προγραμματισμού (APT) γεννήθηκε στο εργαστήριο μηχανισμών σερβομηχανισμού του Τεχνολογικού Ινστιτούτου της Μασαχουσέτης το 1956. Είναι ένα δημιουργικό επίτευγμα της ομάδας εφαρμογών υπολογιστών.Είναι μια εύχρηστη γλώσσα προγραμματισμού υψηλού επιπέδου, η οποία χρησιμοποιείται ειδικά για τη δημιουργία οδηγιών για εργαλειομηχανές CNC.Η αρχική έκδοση ήταν παλαιότερη από το FORTRAN, αλλά οι μεταγενέστερες εκδόσεις ξαναγράφτηκαν με το Fortran.
Η Apt είναι μια γλώσσα που δημιουργήθηκε για να λειτουργεί με την πρώτη μηχανή NC του MIT, η οποία είναι η πρώτη μηχανή NC στον κόσμο.Στη συνέχεια, συνέχισε να γίνεται το πρότυπο του προγραμματισμού εργαλειομηχανών ελεγχόμενων από υπολογιστή και χρησιμοποιήθηκε ευρέως τη δεκαετία του 1970.Αργότερα, η ανάπτυξη του apt χρηματοδοτήθηκε από την αεροπορία και τελικά άνοιξε στον πολιτικό τομέα.
Ο Ντάγκλας Τ. Ρος, ο επικεφαλής της ομάδας εφαρμογών υπολογιστών, είναι γνωστός ως ο πατέρας του απ.Αργότερα επινόησε τον όρο «σχεδιασμός με τη βοήθεια υπολογιστή» (CAD).
Η γέννηση του αριθμητικού ελέγχου
Πριν από την εμφάνιση των εργαλειομηχανών CNC, η πρώτη είναι η ανάπτυξη των εργαλειομηχανών CNC και οι πρώτες εργαλειομηχανές CNC.Αν και υπάρχουν κάποιες διαφορές στις διαφορετικές περιγραφές ιστορικών λεπτομερειών, η πρώτη εργαλειομηχανή CNC δεν είναι μόνο μια απάντηση στις συγκεκριμένες προκλήσεις παραγωγής που αντιμετωπίζει ο στρατός, αλλά και μια φυσική εξέλιξη του συστήματος καρτών διάτρησης.
«Ο ψηφιακός έλεγχος σηματοδοτεί την αρχή της δεύτερης βιομηχανικής επανάστασης και την άφιξη της επιστημονικής εποχής κατά την οποία ο έλεγχος των μηχανών και των βιομηχανικών διαδικασιών θα αλλάξει από ανακριβή προσχέδια σε ακριβή».– Σύλλογος Μηχανικών Κατασκευών.
Ο Αμερικανός εφευρέτης John T. Parsons (1913 – 2007) θεωρείται ευρέως ως ο πατέρας του αριθμητικού ελέγχου.Συνέλαβε και εφάρμοσε την τεχνολογία αριθμητικού ελέγχου με τη βοήθεια του μηχανικού αεροσκαφών Frank L. stulen.Ως γιος ενός κατασκευαστή στο Μίσιγκαν, ο Πάρσονς άρχισε να εργάζεται ως συναρμολογητής στο εργοστάσιο του πατέρα του σε ηλικία 14 ετών. Αργότερα, κατείχε και διαχειρίστηκε μια σειρά από εργοστάσια παραγωγής υπό την οικογενειακή επιχείρηση παραγωγής Parsons.
Η Parsons έχει το πρώτο δίπλωμα ευρεσιτεχνίας NC και επιλέχθηκε στο National Inventors Hall of Fame για την πρωτοποριακή της δουλειά στον τομέα του αριθμητικού ελέγχου.Ο Πάρσονς έχει συνολικά 15 διπλώματα ευρεσιτεχνίας και άλλα 35 έχουν χορηγηθεί στην επιχείρησή του.Η κοινωνία των μηχανικών κατασκευής πήρε συνέντευξη από τον Parsons το 2001 για να γνωστοποιήσει σε όλους την ιστορία του από τη δική του οπτική γωνία.
Πρόγραμμα NC
1942:Ο John T. Parsons ανατέθηκε με υπεργολαβία από τη Sikorsky Aircraft για την κατασκευή λεπίδων ρότορα ελικοπτέρων.
1944:λόγω του σχεδιαστικού ελαττώματος της δοκού φτερού, μια από τις πρώτες 18 λεπίδες που κατασκεύασαν απέτυχε, με αποτέλεσμα τον θάνατο του πιλότου.Η ιδέα του Parsons είναι να τρυπήσει τη λεπίδα του ρότορα με μέταλλο για να γίνει πιο δυνατή και να αντικαταστήσει την κόλλα και τις βίδες για να στερεώσει το συγκρότημα.
1946:Οι άνθρωποι ήθελαν να δημιουργήσουν ένα εργαλείο κατασκευής για την ακριβή παραγωγή λεπίδων, κάτι που ήταν μια τεράστια και πολύπλοκη πρόκληση για τις συνθήκες εκείνης της εποχής.Ως εκ τούτου, ο Parsons προσέλαβε τον μηχανικό αεροσκαφών Frank Stulen και σχημάτισε μια ομάδα μηχανικών με άλλα τρία άτομα.Ο Stulen σκέφτηκε να χρησιμοποιήσει κάρτες διάτρησης της IBM για να καθορίσει το επίπεδο πίεσης στη λεπίδα και νοίκιασαν επτά μηχανές IBM για το έργο.
Το 1948, ο στόχος της εύκολης αλλαγής της ακολουθίας κίνησης των αυτόματων εργαλειομηχανών επιτεύχθηκε με δύο βασικούς τρόπους – σε σύγκριση με τον καθορισμό μιας σταθερής ακολουθίας κίνησης – και πραγματοποιείται με δύο βασικούς τρόπους: έλεγχος ιχνηθέτη και ψηφιακός έλεγχος.Όπως μπορούμε να δούμε, ο πρώτος πρέπει να κάνει ένα φυσικό μοντέλο του αντικειμένου (ή τουλάχιστον ένα πλήρες σχέδιο, όπως το Cincinnati cable tracer hydropower phone).Το δεύτερο δεν είναι να ολοκληρώσουμε την εικόνα του αντικειμένου ή του μέρους, αλλά μόνο να το αφαιρέσουμε: μαθηματικά μοντέλα και οδηγίες μηχανής.
1949:η αμερικανική αεροπορία χρειάζεται τη βοήθεια μιας δομής πτερυγίων εξαιρετικά ακριβείας.Ο Πάρσονς πούλησε τη μηχανή του CNC και κέρδισε ένα συμβόλαιο αξίας 200.000 δολαρίων για να το κάνει πραγματικότητα.
1949:Οι Parsons και Stulen συνεργάζονται με τη Snyder machine & tool Corp. για την ανάπτυξη μηχανών και συνειδητοποίησαν ότι χρειάζονταν σερβοκινητήρες για να κάνουν τις μηχανές να λειτουργούν με ακρίβεια.Ο Parsons ανέθεσε με υπεργολαβία το σερβο σύστημα της «μηχανής φρεζαρίσματος card-a-matic» στο σερβομηχανισμό Laboratory of Massachusetts Institute of Technology.
1952 (Μάιος): Ο Parsons υπέβαλε αίτηση για δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για «συσκευή ελέγχου κινητήρα για τοποθέτηση εργαλειομηχανών».Χάρισε το δίπλωμα ευρεσιτεχνίας το 1958.
1952 (Αύγουστος):Σε απάντηση, το MIT υπέβαλε αίτηση για δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για «σερβο σύστημα αριθμητικού ελέγχου».
Μετά τον Δεύτερο Παγκόσμιο Πόλεμο, η Πολεμική Αεροπορία των ΗΠΑ υπέγραψε πολλά συμβόλαια με την Parsons για την περαιτέρω ανάπτυξη της καινοτομίας μηχανικής κατεργασίας NC που έκανε ο ιδρυτής της John Parsons.Ο Πάρσονς ενδιαφέρθηκε για τα πειράματα που πραγματοποιούνταν στο εργαστήριο μηχανισμών σερβομηχανισμού του MIT και πρότεινε το MIT να γίνει υπεργολάβος έργου το 1949 για να παρέχει τεχνογνωσία στον αυτόματο έλεγχο.Στα επόμενα 10 χρόνια, το MIT απέκτησε τον έλεγχο του συνόλου του έργου, επειδή το όραμα του "ελέγχου συνεχούς διαδρομής τριών αξόνων" του εργαστηρίου σερβομηχανισμού αντικατέστησε την αρχική ιδέα του Parsons για "cut in cutting positioning".Τα προβλήματα διαμορφώνουν πάντα την τεχνολογία, αλλά αυτή η ιδιαίτερη ιστορία που καταγράφηκε από τον ιστορικό Ντέιβιντ Νόμπλ έχει γίνει ένα σημαντικό ορόσημο στην ιστορία της τεχνολογίας.
1952:Το MIT παρουσίασε το σύστημα διάτρητου ιμάντα 7 σιδηροτροχιών, το οποίο είναι περίπλοκο και ακριβό (250 σωλήνες κενού, 175 ρελέ, σε πέντε ντουλάπια μεγέθους ψυγείου).
Η αρχική μηχανή φρεζαρίσματος CNC του MIT το 1952 ήταν η hydro Tel, μια τροποποιημένη εταιρεία μηχανών φρέζας Cincinnati 3 αξόνων.
Υπάρχουν επτά άρθρα σχετικά με την «αυτορυθμιζόμενη μηχανή, η οποία αντιπροσωπεύει μια επιστημονική και τεχνολογική επανάσταση που θα διαμορφώσει αποτελεσματικά το μέλλον της ανθρωπότητας» στο περιοδικό «αυτόματος έλεγχος» του Scientific American τον Σεπτέμβριο του 1952.
1955:Τα χειριστήρια Concord (αποτελούμενα από μέλη της αρχικής ομάδας του MIT) δημιούργησαν αριθμητική κάρτα, η οποία αντικατέστησε τη διάτρητη ταινία σε μηχανές MIT NC με τον αναγνώστη ταινίας που αναπτύσσεται από την GE.
Αποθήκευση ταινίας
1958:Ο Parsons απέκτησε το δίπλωμα ευρεσιτεχνίας ΗΠΑ 2820187 και πούλησε την αποκλειστική άδεια στην Bendix.Η IBM, η Fujitsu και η General Electric απέκτησαν όλες δευτερεύουσες άδειες αφότου άρχισαν να αναπτύσσουν τις δικές τους μηχανές.
1958:Το MIT δημοσίευσε μια έκθεση για τα οικονομικά της NC, η οποία κατέληξε στο συμπέρασμα ότι η τρέχουσα μηχανή NC δεν εξοικονομούσε πραγματικά χρόνο, αλλά μετέφερε το εργατικό δυναμικό από το εργαστήριο του εργοστασίου στους ανθρώπους που κατασκεύαζαν διάτρητες ζώνες.
Ώρα δημοσίευσης: 19 Ιουλίου 2022