По сути, станок — это инструмент, позволяющий машине направлять траекторию инструмента, а не путем прямого ручного управления, как это делают ручные инструменты и почти все человеческие инструменты, пока люди не изобрели станок.
Числовое управление (ЧПУ) означает использование программируемой логики (данные в форме букв, цифр, символов, слов или комбинаций) для автоматического управления обрабатывающими инструментами. До его появления обрабатывающие инструменты всегда управлялись операторами-ручниками.
Компьютерное числовое управление (ЧПУ) означает отправку точно закодированных инструкций на микропроцессор в системе управления обрабатывающим инструментом с целью повышения точности и согласованности. ЧПУ, о которых сегодня говорят почти все, относятся к фрезерным станкам, подключенным к компьютерам. С технической точки зрения его можно использовать для описания любой машины, управляемой компьютером.
В прошлом веке множество изобретений заложили основу для развития станков с ЧПУ. Здесь мы рассмотрим четыре основных элемента развития технологии числового программного управления: ранние станки, перфокарты, сервомеханизмы и язык программирования инструментов автоматического программирования (APT).
Ранние станки
Во время второй промышленной революции в Великобритании Джеймса Уатта хвалили за создание парового двигателя, который привел в действие промышленную революцию, но он сталкивался с трудностями в изготовлении точных цилиндров парового двигателя до тех пор, пока в 1775 году Джон Джонвилкинсон не создал то, что известно как первый в мире станок. для расточки цилиндров паровой машины и была решена. Эта буровая машина также разработана Уилкинсоном на основе его оригинальной пушки;
Перфокарта
В 1725 году Базиль Бушон, французский текстильщик, изобрел метод управления ткацким станком, используя закодированные данные на бумажных лентах через ряд отверстий. Несмотря на новаторство, недостаток этого метода также очевиден: для него все еще нужны операторы. В 1805 году Жозеф Мари Жаккард принял эту концепцию, но она была усилена и упрощена за счет использования более прочных перфокарт, расположенных последовательно, тем самым автоматизируя процесс. Эти перфокарты считаются основой современных вычислений и знаменуют конец домашнего ремесленного производства в области ткачества.
Интересно, что жаккардовым ткацким станкам в то время сопротивлялись ткачи шелка, которые беспокоились, что эта автоматизация лишит их работы и средств к существованию. Они неоднократно сжигали запущенные в производство ткацкие станки; Однако их сопротивление оказалось тщетным, поскольку промышленность осознала преимущества автоматических ткацких станков. К 1812 году во Франции использовалось 11 000 жаккардовых ткацких станков.
Перфокарты были разработаны в конце 1800-х годов и нашли множество применений: от телеграфа до автоматического пианино. Хотя ранние карты определяли механическое управление, американский изобретатель Герман Холлерит создал электромеханический табулятор перфокарт, который изменил правила игры. Его система была запатентована в 1889 году, когда он работал в Бюро переписи населения США.
Герман Холлерит основал компанию по производству табуляторов в 1896 году и объединился с четырьмя другими компаниями, чтобы создать IBM в 1924 году. Во второй половине 20-го века перфокарты впервые были использованы для ввода и хранения данных в компьютерах и машинах с числовым программным управлением. Исходный формат имеет пять рядов отверстий, а последующие версии — шесть, семь, восемь и более рядов.
Сервомеханизм
Сервомеханизм — это автоматическое устройство, которое использует индуктивную обратную связь по ошибкам для корректировки работы машины или механизма. В некоторых случаях сервопривод позволяет управлять устройствами высокой мощности с помощью устройств с гораздо меньшей мощностью. Сервомеханизм состоит из управляемого устройства, другого устройства, подающего команды, прибора обнаружения ошибок, усилителя сигнала ошибки и устройства (серводвигателя), исправляющего ошибки. Сервосистемы обычно используются для управления такими переменными, как положение и скорость, и наиболее распространенными являются электрические, пневматические или гидравлические системы.
Первый электрический сервомеханизм был создан Х. Календарем в Великобритании в 1896 году. К 1940 году в Массачусетском технологическом институте была создана специальная лаборатория сервомеханизмов, возникшая в связи с возрастающим вниманием кафедры электротехники к этой теме. При обработке на станках с ЧПУ сервосистема очень важна для достижения точности допуска, необходимой для автоматического процесса обработки.
Инструмент автоматического программирования (APT)
Инструмент автоматического программирования (APT) родился в Лаборатории сервомеханизмов Массачусетского технологического института в 1956 году. Это творческое достижение группы компьютерных приложений. Это простой в использовании язык программирования высокого уровня, который специально используется для создания инструкций для станков с ЧПУ. Исходная версия была более ранней, чем FORTRAN, но более поздние версии были переписаны с использованием Fortran.
Apt — это язык, созданный для работы с первым станком с ЧПУ MIT, который является первым в мире станком с ЧПУ. Затем он продолжал становиться стандартом программирования станков с компьютерным управлением и широко использовался в 1970-х годах. Позже разработку APT спонсировали ВВС, и в конечном итоге она была открыта для гражданского сектора.
Дуглас Т. Росс, руководитель группы компьютерных приложений, известен как отец apt. Позже он ввел термин «компьютерное проектирование» (САПР).
Рождение числового управления
До появления станков с ЧПУ первым была разработка станков с ЧПУ и первых станков с ЧПУ. Несмотря на некоторые различия в различных описаниях исторических деталей, первый станок с ЧПУ является не только ответом на конкретные производственные задачи, с которыми столкнулись военные, но и естественным развитием системы перфокарт.
«Цифровой контроль знаменует собой начало второй промышленной революции и наступление научной эры, в которой управление машинами и производственными процессами изменится с неточных чертежей на точные». – Ассоциация инженеров-технологов.
Американский изобретатель Джон Т. Парсонс (1913–2007) широко известен как отец числового программного управления. Он задумал и внедрил технологию числового управления с помощью авиаинженера Фрэнка Л. Стюлена. Будучи сыном фабриканта из Мичигана, Парсонс начал работать сборщиком на фабрике своего отца в возрасте 14 лет. Позже он владел и управлял рядом производственных предприятий в рамках семейного бизнеса производственной компании Parsons.
Компания Parsons получила первый патент на ЧПУ и была включена в Национальный зал славы изобретателей за новаторскую работу в области числового программного управления. Всего Парсонс имеет 15 патентов, еще 35 выдано его предприятию. Общество инженеров-технологов взяло интервью у Парсонса в 2001 году, чтобы рассказать всем его историю с его точки зрения.
Раннее расписание NC
1942 год:Джон Т. Парсонс получил субподряд от Sikorsky Aircraft на производство лопастей несущего винта вертолета.
1944 год:из-за конструктивного дефекта балки крыла одна из первых 18 изготовленных ими лопастей вышла из строя, что привело к гибели пилота. Идея Парсонса состоит в том, чтобы пробить лопасть ротора металлом, чтобы сделать ее прочнее, и заменить клей и винты для крепления узла.
1946 год:люди хотели создать производственный инструмент для точного изготовления лезвий, что было огромной и сложной задачей для условий того времени. Поэтому Парсонс нанял авиаинженера Фрэнка Стулена и сформировал команду инженеров из трех других человек. Стулен подумал об использовании перфокарт IBM для определения уровня нагрузки на лезвие, и для этого проекта они арендовали семь компьютеров IBM.
В 1948 году цель легкого изменения последовательности движений станков-автоматов была достигнута двумя основными способами – по сравнению с просто заданием фиксированной последовательности движений – и осуществляется двумя основными способами: трассирующим управлением и цифровым управлением. Как мы видим, первым делом необходимо сделать физическую модель объекта (или хотя бы полный чертеж, например, гидротелефон Цинциннати). Второй — не дополнять образ объекта или детали, а лишь абстрагировать его: математические модели и машинные инструкции.
1949 год:ВВС США нуждаются в сверхточной конструкции крыла. Парсонс продал свой станок с ЧПУ и выиграл контракт на сумму 200 000 долларов, чтобы воплотить его в жизнь.
1949 год:Парсонс и Стулен работали с Snyder Machine & Tool Corp. над разработкой машин и поняли, что для точной работы машин им нужны серводвигатели. Компания Parsons передала сервосистему «картографического фрезерного станка» в субподряд Лаборатории сервомеханизмов Массачусетского технологического института.
1952 (май): Парсонс подал заявку на патент на «устройство управления двигателем для позиционирования станков». Он получил патент в 1958 году.
1952 г. (август):В ответ Массачусетский технологический институт подал заявку на патент на «сервосистему с числовым программным управлением».
После Второй мировой войны ВВС США подписали несколько контрактов с компанией Parsons на дальнейшее развитие инноваций в области обработки с ЧПУ, разработанных их основателем Джоном Парсонсом. Парсонс интересовался экспериментами, проводимыми в Лаборатории сервомеханизмов Массачусетского технологического института, и в 1949 году предложил Массачусетскому технологическому институту стать субподрядчиком проекта, чтобы предоставить опыт в области автоматического управления. В последующие 10 лет MIT получила контроль над всем проектом, поскольку идея «трехосного управления непрерывной траекторией» серволаборатории заменила первоначальную концепцию Парсонса «разрез при позиционировании резки». Проблемы всегда формируют технологию, но эта особая история, записанная историком Дэвидом Ноулом, стала важной вехой в истории технологий.
1952 год:MIT продемонстрировал свою систему с перфорированными ремнями с 7 направляющими, сложную и дорогую (250 электронных ламп, 175 реле в пяти шкафах размером с холодильник).
Первым фрезерным станком с ЧПУ, выпущенным Массачусетским технологическим институтом в 1952 году, был Hydro Tel, модифицированный 3-осевой фрезерный станок компании Цинциннати.
В журнале «Автоматическое управление» журнала Scientific American за сентябрь 1952 года появилось семь статей о «саморегулирующейся машине, которая представляет собой научно-техническую революцию, которая будет эффективно формировать будущее человечества».
1955 год:Компания Concord Controls (состоящая из членов первоначальной команды MIT) создала цифровую карту, которая заменила перфорированную ленту на машинах MIT с ЧПУ устройством чтения ленты, разработанным GE.
Ленточное хранилище
1958 год:Парсонс получил патент США 2820187 и продал исключительную лицензию компании Bendix. IBM, Fujitsu и General Electric получили сублицензии после того, как начали разрабатывать собственные машины.
1958 год:Массачусетский технологический институт опубликовал отчет по экономике ЧПУ, в котором был сделан вывод, что нынешний станок с ЧПУ на самом деле не сэкономил время, а перевел рабочую силу из заводского цеха к людям, которые производили перфорированные ремни.
Время публикации: 19 июля 2022 г.