V bistvu je strojno orodje orodje za stroj, ki vodi pot orodja – ne z neposrednim, ročnim vodenjem, kot so ročna orodja in skoraj vsa človeška orodja, dokler ljudje niso izumili strojnega orodja.
Numerično krmiljenje (NC) se nanaša na uporabo programabilne logike (podatki v obliki črk, številk, simbolov, besed ali kombinacij) za samodejno krmiljenje obdelovalnih orodij.Preden so se pojavila, so orodja za obdelavo vedno upravljali ročni operaterji.
Računalniško numerično krmiljenje (CNC) se nanaša na pošiljanje natančno kodiranih navodil mikroprocesorju v krmilnem sistemu obdelovalnega orodja, da se izboljšata natančnost in doslednost.CNC, o katerem ljudje danes govorijo, se skoraj v celoti nanaša na rezkalne stroje, povezane z računalniki.Tehnično gledano se lahko uporablja za opis katerega koli stroja, ki ga krmili računalnik.
V preteklem stoletju so številni izumi postavili temelje za razvoj CNC obdelovalnih strojev.Tu si ogledamo štiri osnovne elemente razvoja tehnologije numeričnega krmiljenja: zgodnja strojna orodja, luknjane kartice, servo mehanizme in programski jezik orodij za samodejno programiranje (APT).
Zgodnja strojna orodja
Med drugo industrijsko revolucijo v Veliki Britaniji so Jamesa Watta hvalili, ker je ustvaril parni stroj, ki je poganjal industrijsko revolucijo, vendar je naletel na težave pri izdelavi točnosti valjev parnega stroja, dokler leta 1775 John Johnwilkinson ni ustvaril tistega, kar je znano kot prvo strojno orodje na svetu. za vrtanje valjev parnih strojev in je bilo rešeno.Tudi ta vrtalni stroj je zasnoval Wilkinson na podlagi svojega originalnega topa;
Luknjane kartice
Leta 1725 je Basile bouchon, francoski tekstilni delavec, izumil metodo nadzora statve z uporabo kodiranih podatkov na papirnih trakovih skozi niz lukenj.Čeprav je prelomna, je očitna tudi slabost te metode, da še vedno potrebuje operaterje.Leta 1805 je Joseph Marie Jacquard prevzel ta koncept, vendar so ga okrepili in poenostavili z uporabo močnejših luknjanih kartic, razvrščenih v zaporedju, s čimer je bil proces avtomatiziran.Te luknjane kartice na splošno veljajo za osnovo sodobnega računalništva in označujejo konec industrije domače obrti v tkalstvu.
Zanimivo je, da so se žakarskim statvam v tistem času upirali tkalci svile, saj jih je skrbelo, da jih bo ta avtomatizacija prikrajšala za službe in sredstva za preživetje.Statve, ki so jih dali v proizvodnjo, so večkrat zažgali;Vendar se je njihov odpor izkazal za jalovega, saj je industrija prepoznala prednosti avtomatiziranih statev.Do leta 1812 je bilo v Franciji v uporabi 11000 žakardnih statev.
Luknjane kartice so se razvile v poznih 19. stoletjih in so našle številne uporabe, od telegrafa do avtomatskega klavirja.Čeprav so mehansko krmiljenje odločale zgodnje karte, je ameriški izumitelj Herman Hollerith ustvaril elektromehanski tabulator luknjanih kartic, ki je spremenil pravila igre.Njegov sistem je bil patentiran leta 1889, ko je delal za ameriški urad za popis prebivalstva.
Herman Hollerith je leta 1896 ustanovil podjetje tabulator in se leta 1924 združil s štirimi drugimi podjetji, da bi ustanovil IBM. V drugi polovici 20. stoletja so bile luknjane kartice prvič uporabljene za vnos in shranjevanje podatkov v računalnikih in strojih za numerično krmiljenje.Prvotni format ima pet vrst lukenj, medtem ko imajo kasnejše različice šest, sedem, osem ali več vrst.
Servo mehanizem
Servo mehanizem je avtomatska naprava, ki uporablja napako induktivno povratno informacijo za popravljanje delovanja stroja ali mehanizma.V nekaterih primerih servo omogoča krmiljenje visokozmogljivih naprav z napravami z veliko manjšo močjo.Servo mehanizem je sestavljen iz krmiljene naprave, druge naprave, ki daje ukaze, instrumenta za odkrivanje napak, ojačevalnika signala napake in naprave (servo motorja), ki popravlja napake.Servo sistemi se običajno uporabljajo za krmiljenje spremenljivk, kot sta položaj in hitrost, najpogostejši pa so električni, pnevmatski ali hidravlični.
Prvi električni servo mehanizem je ustanovil H. calendar v Veliki Britaniji leta 1896. Do leta 1940 je MIT ustvaril poseben laboratorij za servo mehanizme, ki izvira iz vse večje pozornosti Oddelka za elektrotehniko tej temi.Pri CNC obdelavi je servo sistem zelo pomemben za doseganje tolerančne natančnosti, ki jo zahteva avtomatski obdelovalni proces.
Orodje za samodejno programiranje (APT)
Orodje za avtomatsko programiranje (APT) je bilo rojeno v Laboratoriju za servo mehanizme Massachusetts Institute of Technology leta 1956. Je ustvarjalni dosežek skupine za računalniške aplikacije.Je programski jezik na visoki ravni, enostaven za uporabo, ki se posebej uporablja za generiranje navodil za strojna orodja CNC.Prvotna različica je bila starejša od FORTRAN-a, vendar so bile kasnejše različice prepisane s Fortranom.
Apt je jezik, ustvarjen za delo s prvim NC strojem MIT, ki je prvi NC stroj na svetu.Nato je še naprej postajal standard računalniško vodenega programiranja obdelovalnih strojev in se je široko uporabljal v sedemdesetih letih prejšnjega stoletja.Kasneje so razvoj apt sponzorirale letalske sile in je bil sčasoma odprt za civilni sektor.
Douglas T. Ross, vodja skupine za računalniške aplikacije, je znan kot oče apt.Kasneje je skoval izraz "računalniško podprto načrtovanje" (CAD).
Rojstvo numeričnega nadzora
Pred pojavom CNC obdelovalnih strojev je prvi razvoj CNC obdelovalnih strojev in prvih CNC obdelovalnih strojev.Čeprav obstajajo nekatere razlike v različnih opisih zgodovinskih podrobnosti, prvi CNC obdelovalni stroj ni le odgovor na posebne proizvodne izzive, s katerimi se sooča vojska, ampak tudi naraven razvoj sistema luknjanih kartic.
"Digitalni nadzor označuje začetek druge industrijske revolucije in prihod znanstvene dobe, v kateri se bo krmiljenje strojev in industrijskih procesov spremenilo iz nenatančnih osnutkov v natančne."– Združenje proizvodnih inženirjev.
Ameriški izumitelj John T. Parsons (1913 – 2007) velja za očeta numeričnega krmiljenja.Zasnoval in implementiral je tehnologijo numeričnega krmiljenja s pomočjo letalskega inženirja Franka L. Stulena.Kot sin proizvajalca v Michiganu je Parsons začel delati kot sestavljalec v očetovi tovarni pri 14 letih. Kasneje je imel v lasti in upravljal številne proizvodne obrate v okviru družinskega podjetja Parsons manufacturing company.
Parsons ima prvi NC patent in je bil izbran v National Inventors Hall of Fame zaradi svojega pionirskega dela na področju numeričnega krmiljenja.Parsons ima skupno 15 patentov, še 35 pa je podeljenih njegovemu podjetju.Društvo proizvodnih inženirjev je leta 2001 intervjuvalo Parsonsa, da bi vsi izvedeli njegovo zgodbo z njegove perspektive.
Zgodnji urnik NC
1942:John T. Parsons je bil s podizvajalcem Sikorsky Aircraft za izdelavo lopatic helikopterjev.
1944:zaradi konstrukcijske napake nosilca krila je ena od prvih 18 lopatic, ki so jih izdelali, odpovedala, kar je povzročilo smrt pilota.Parsonsova ideja je preluknjati lopatico rotorja s kovino, da bi bila močnejša, in zamenjati lepilo in vijake za pritrditev sklopa.
1946:ljudje so želeli ustvariti proizvodno orodje za natančno izdelavo rezil, kar je bil velik in kompleksen izziv za takratne razmere.Zato je Parsons najel letalskega inženirja Franka Stulena in oblikoval inženirsko ekipo s še tremi ljudmi.Stulen je razmišljal o uporabi IBM-ovih luknjanih kartic za določanje stopnje napetosti na rezilu in za projekt so najeli sedem IBM-ovih strojev.
Leta 1948 je bil cilj enostavnega spreminjanja zaporedja gibanja avtomatskih obdelovalnih strojev dosežen na dva glavna načina – v primerjavi s samo nastavitvijo fiksnega zaporedja gibanja – in se izvaja na dva glavna načina: krmiljenje s sledilnikom in digitalno krmiljenje.Kot lahko vidimo, mora prvi narediti fizični model predmeta (ali vsaj celotno risbo, kot je Cincinnati cable tracer hydropower phone).Drugič ni dokončanje podobe predmeta ali dela, ampak samo abstrahiranje: matematični modeli in strojna navodila.
1949:ameriške zračne sile potrebujejo pomoč ultra natančne strukture kril.Parsons je prodal svoj CNC stroj in dobil pogodbo v vrednosti 200.000 $, da bi to uresničil.
1949:Parsons in stulen sta sodelovala s podjetjem Snyder machine & tool Corp. pri razvoju strojev in ugotovila, da potrebujeta servo motorje za natančno delovanje strojev.Parsons je podizvajal servo sistem "card-a-matic milling machine" Laboratoriju za servo mehanizem Massachusetts Institute of Technology.
1952 (maj): Parsons je prijavil patent za "napravo za nadzor motorja za pozicioniranje obdelovalnih strojev".Leta 1958 je podelil patent.
1952 (avgust):v odgovor je MIT zaprosil za patent za "numerični nadzorni servo sistem".
Po drugi svetovni vojni so ameriške zračne sile podpisale več pogodb s podjetjem Parsons za nadaljnji razvoj inovacije NC obdelave, ki jo je ustvaril njihov ustanovitelj John Parsons.Parsons se je zanimal za poskuse, ki se izvajajo v Laboratoriju za servo mehanizme MIT, in predlagal je, da MIT leta 1949 postane podizvajalec projekta, da bi zagotovil strokovno znanje o avtomatskem krmiljenju.V naslednjih 10 letih je MIT pridobil nadzor nad celotnim projektom, ker je vizija "triosnega neprekinjenega nadzora poti" servo laboratorija nadomestila Parsonsov prvotni koncept "rez v rezalnem položaju".Težave vedno oblikujejo tehnologijo, a ta posebna zgodba, ki jo je zapisal zgodovinar David Noble, je postala pomemben mejnik v zgodovini tehnologije.
1952:MIT je predstavil svoj 7-tirni perforirani jermenski sistem, ki je zapleten in drag (250 vakuumskih cevi, 175 relejev, v petih omarah v velikosti hladilnika).
Prvotni CNC rezkalni stroj MIT leta 1952 je bil hydro Tel, podjetje za modificirane 3-osne rezkalne stroje iz Cincinnatija.
Septembra 1952 je v reviji "samodejni nadzor" revije Scientific American objavljenih sedem člankov o "samoregulacijskem stroju, ki predstavlja znanstveno in tehnološko revolucijo, ki bo učinkovito oblikovala prihodnost človeštva".
1955:Concord Controls (sestavljen iz članov prvotne ekipe MIT) je ustvaril numericard, ki je zamenjal perforiran trak na MIT NC strojih z bralnikom trakov, ki ga je razvil GE.
Shranjevanje trakov
1958:Parsons je pridobil ameriški patent 2820187 in prodal ekskluzivno licenco podjetju Bendix.IBM, Fujitsu in General Electric so vsi pridobili podlicence, potem ko so začeli razvijati lastne stroje.
1958:MIT je objavil poročilo o ekonomiji NC, ki ugotavlja, da sedanji NC stroj v resnici ni prihranil časa, ampak je delovno silo iz tovarniške delavnice premestil k ljudem, ki izdelujejo perforirane jermene.
Čas objave: 19. julij 2022