По суті, верстат — це інструмент для машини, який спрямовує шлях інструменту — не за допомогою прямого, ручного керування, як, наприклад, ручні інструменти та майже всі людські інструменти, поки люди не винайшли верстат.
Числове керування (NC) означає використання програмованої логіки (дані у формі літер, цифр, символів, слів або комбінацій) для автоматичного керування інструментами обробки.До появи обробними інструментами завжди керували ручні оператори.
Комп’ютерне числове керування (ЧПК) стосується надсилання точно закодованих інструкцій до мікропроцесора в системі керування обробним інструментом для підвищення точності та узгодженості.ЧПУ, про які сьогодні говорять, майже всі мають на увазі фрезерні верстати, підключені до комп'ютера.Технічно кажучи, його можна використовувати для опису будь-якої машини, керованої комп’ютером.
У минулому столітті багато винаходів заклали основу для розвитку верстатів з ЧПК.Тут ми розглянемо чотири основні елементи розвитку технології числового керування: перші верстати, перфокарти, сервомеханізм і мову програмування засобів автоматичного програмування (APT).
Ранні верстати
Під час другої промислової революції в Британії Джеймса Уатта хвалили за створення парової машини, яка привела в дію промислову революцію, але він зіткнувся з труднощами у виготовленні циліндрів парових двигунів, аж до 1775 року Джон Джонвілкінсон створив те, що відомо як перший у світі верстат для розточування циліндрів парових машин і було вирішено.Ця бурова машина також розроблена Вілкінсоном на основі його оригінальної гармати;
Перфокарта
У 1725 році Базиль Бушон, французький текстильний робітник, винайшов метод керування ткацькими верстатами, використовуючи закодовані дані на паперових стрічках через низку отворів.Хоча він є новаторським, недолік цього методу також очевидний, тобто він все ще потребує операторів.У 1805 році Жозеф Марі Жаккард прийняв цю концепцію, але вона була посилена та спрощена шляхом використання міцніших перфокарт, розташованих послідовно, таким чином автоматизувавши процес.Ці перфокарти вважаються основою сучасної комп’ютерної техніки та знаменують кінець домашньої ремісничої промисловості у ткацтві.
Цікаво, що в той час жакардові ткацькі верстати чинили опір ткачам шовку, які переживали, що ця автоматизація позбавить їх роботи та засобів до існування.Вони неодноразово спалювали пущені у виробництво ткацькі верстати;Однак їх опір виявився марним, оскільки промисловість визнала переваги автоматизованих ткацьких верстатів.До 1812 року у Франції використовувалося 11000 жакардових ткацьких верстатів.
Перфокарти були розроблені наприкінці 1800-х років і знайшли багато застосувань, від телеграфу до автоматичного піаніно.Хоча механічне керування вирішувалося ранніми картками, американський винахідник Герман Холлеріт створив електромеханічний табулятор перфокарт, який змінив правила гри.Його система була запатентована в 1889 році, коли він працював у Бюро перепису населення США.
Герман Холлеріт заснував компанію табуляторів у 1896 році та об’єднався з чотирма іншими компаніями, щоб заснувати IBM у 1924 році. У другій половині 20 століття перфокарти вперше почали використовувати для введення та зберігання даних у комп’ютерах і машинах з числовим програмним керуванням.Оригінальний формат має п'ять рядів отворів, тоді як наступні версії мають шість, сім, вісім і більше рядів.
Сервомеханізм
Сервомеханізм - це автоматичний пристрій, який використовує помилковий індуктивний зворотний зв'язок для корекції роботи машини або механізму.У деяких випадках сервопривод дозволяє керувати пристроями високої потужності пристроями з набагато меншою потужністю.Сервомеханізм складається з керованого пристрою, іншого пристрою, який подає команди, приладу виявлення помилок, підсилювача сигналу помилки та пристрою (серводвигуна), який виправляє помилки.Сервосистеми зазвичай використовуються для керування змінними, такими як положення та швидкість, і найбільш поширеними є електричні, пневматичні або гідравлічні.
Перший електричний сервомеханізм був заснований Г. Календарем у Великобританії в 1896 році. До 1940 року Массачусетський технологічний інститут створив спеціальну лабораторію сервопривідних механізмів, яка виникла внаслідок збільшення уваги кафедри електротехніки до цієї теми.При обробці з ЧПУ сервосистема дуже важлива для досягнення точності допуску, необхідної для автоматичного процесу обробки.
Інструмент автоматичного програмування (APT)
Засіб автоматичного програмування (APT) народився в лабораторії сервоприводів Массачусетського технологічного інституту в 1956 році. Це творче досягнення групи комп'ютерних додатків.Це проста у використанні мова програмування високого рівня, яка спеціально використовується для створення інструкцій для верстатів з ЧПК.Оригінальна версія була раніше, ніж FORTRAN, але пізніші версії були переписані за допомогою Fortran.
Apt — це мова, створена для роботи з першим верстатом із ЧПУ MIT, який є першим у світі верстатом із ЧПУ.Потім він продовжував ставати стандартом програмування верстатів з комп’ютерним керуванням і широко використовувався в 1970-х роках.Пізніше розробка apt спонсорувалася військово-повітряними силами і з часом була відкрита для цивільного сектора.
Дуглас Т. Росс, керівник групи комп’ютерних програм, відомий як батько apt.Пізніше він ввів термін «система автоматизованого проектування» (CAD).
Зародження числового керування
До появи верстатів з ЧПК першим є розвиток верстатів з ЧПК і перших верстатів з ЧПК.Незважаючи на деякі відмінності в різних описах історичних деталей, перший верстат з ЧПК є не лише відповіддю на специфічні виробничі виклики, з якими стикаються військові, але й природним розвитком системи перфокарт.
«Цифрове керування знаменує собою початок другої промислової революції та настання наукової ери, у якій управління машинами та промисловими процесами зміниться з неточних чернеток на точні».– Асоціація інженерів-технологів.
Американський винахідник Джон Т. Парсонс (1913 – 2007) широко вважається батьком ЧПУ.Він задумав і впровадив технологію числового керування за допомогою авіаінженера Френка Л. Стулена.Будучи сином виробника в Мічигані, Парсонс почав працювати монтажником на фабриці свого батька у віці 14 років. Пізніше він володів і керував кількома виробничими підприємствами в сімейному бізнесі Parsons manufacturing company.
Parsons має перший патент NC і був обраний до Національної зали слави винахідників за новаторську роботу в галузі числового керування.Всього у Парсонса 15 патентів, ще 35 видано його підприємству.Товариство інженерів-технологів взяло інтерв’ю у Парсонса в 2001 році, щоб усі дізналися його історію з його точки зору.
Ранній графік NC
1942 рік:John T. Parsons був субпідрядником Sikorsky Aircraft для виробництва лопатей гвинта гелікоптера.
1944 рік:через конструктивний дефект балки крила одна з перших 18 виготовлених ними лопатей вийшла з ладу, що призвело до смерті пілота.Ідея Парсонса полягає в тому, щоб пробити лопаті ротора металом, щоб зробити його міцнішим, і замінити клей і гвинти для кріплення вузла.
1946 рік:люди хотіли створити виробничий інструмент для точного виготовлення лез, що було величезним і складним викликом для умов того часу.Тому Парсонс найняв авіаінженера Френка Стулена та сформував інженерну команду з трьох інших людей.Стулен вирішив використовувати перфокарти IBM для визначення рівня напруги на лезі, і вони орендували сім машин IBM для цього проекту.
У 1948 році мета легко змінювати послідовність руху автоматичних верстатів була досягнута двома основними способами – порівняно з просто встановленням фіксованої послідовності руху – і виконується двома основними способами: керування трасуванням і цифрове керування.Як ми бачимо, для першого потрібно зробити фізичну модель об’єкта (або хоча б повне креслення, наприклад, Cincinnati cable tracer hydropower phone).Другий полягає не в тому, щоб завершити зображення предмета чи частини, а лише в тому, щоб абстрагувати його: математичні моделі та машинні команди.
1949 рік:ВПС США потребують допомоги надточної конструкції крила.Парсонс продав свій верстат з ЧПК і виграв контракт на 200 000 доларів, щоб втілити його в життя.
1949 рік:Парсонс і Стулен працювали з Snyder machine & tool Corp. над розробкою машин і зрозуміли, що їм потрібні серводвигуни для точної роботи машин.Парсонс передав у субпідряд сервосистему «фрезерного верстата card-a-matic» для лабораторії сервомеханізму Массачусетського технологічного інституту.
1952 (травень): Парсонс подав заявку на патент на «пристрій управління двигуном для позиціонування верстатів».Він видав патент у 1958 році.
1952 (серпень):у відповідь Массачусетський технологічний інститут подав заявку на патент на «сервосистему з числовим керуванням».
Після Другої світової війни ВПС США підписали кілька контрактів з Парсонсом для подальшого розвитку інноваційної обробки з ЧПУ, створеної її засновником Джоном Парсонсом.Парсонс зацікавився експериментами, які проводилися в лабораторії сервомеханізмів Массачусетського технологічного інституту, і запропонував Массачусетському технологічному інституту стати субпідрядником проекту в 1949 році для надання досвіду в автоматичному управлінні.У наступні 10 років Массачусетський технологічний інститут отримав контроль над усім проектом, тому що бачення «трьохосьового безперервного керування траєкторією» серволабораторії замінило оригінальну концепцію Парсонса «розріз у позиціонуванні різання».Проблеми завжди формують технології, але ця особлива історія, записана істориком Девідом Ноблом, стала важливою віхою в історії технологій.
1952 рік:Массачусетський технологічний інститут продемонстрував свою 7-рейкову систему перфорованих ременів, яка є складною та дорогою (250 вакуумних трубок, 175 реле в п’яти шафах розміром з холодильник).
Оригінальним фрезерним верстатом з ЧПК Массачусетського технологічного інституту в 1952 році був Hydro Tel, модифікований 3-осьовий фрезерний верстат Cincinnati.
У вересні 1952 року в журналі «автоматичний контроль» Scientific American є сім статей про «саморегульовану машину, яка представляє науково-технічну революцію, яка ефективно сформує майбутнє людства».
1955 рік:Керівництво Concord (що складається з членів початкової команди Массачусетського технологічного інституту) створило цифрову картку, яка замінила перфоровану стрічку на машинах з ЧПУ MIT на пристрій для зчитування стрічки, розроблений GE.
Зберігання стрічки
1958 рік:Парсонс отримав патент США 2820187 і продав ексклюзивну ліцензію Bendix.IBM, Fujitsu та General Electric отримали субліцензії після того, як почали розробляти власні машини.
1958 рік:Массачусетський технологічний інститут опублікував звіт про економіку NC, у якому зроблено висновок, що нинішня машина NC насправді не економить час, а переносить робочу силу з фабричного цеху до людей, які виготовляють перфоровані стрічки.
Час публікації: 19 липня 2022 р