По сути, станок — это инструмент, с помощью которого машина направляет траекторию движения инструмента, а не посредством прямого ручного управления, такого как ручные инструменты и почти все человеческие инструменты, пока люди не изобрели станок.
Числовое управление (ЧПУ) относится к использованию программируемой логики (данные в виде букв, цифр, символов, слов или комбинаций) для автоматического управления обрабатывающими инструментами.До его появления обрабатывающие инструменты всегда управлялись ручными операторами.
Компьютерное числовое управление (ЧПУ) относится к отправке точно закодированных инструкций на микропроцессор в системе управления обрабатывающим инструментом для повышения точности и согласованности.ЧПУ, о которых сегодня говорят почти все, относится к фрезерным станкам, подключенным к компьютерам.С технической точки зрения его можно использовать для описания любой машины, управляемой компьютером.
В прошлом веке многие изобретения 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 средств автоматического программирования (АПТ).
Ранние станки
Во время второй промышленной революции в Британии Джеймса Уатта хвалили за создание парового двигателя, приведшего в действие промышленную революцию, но он сталкивался с трудностями при изготовлении цилиндров парового двигателя с высокой точностью до 1775 года. Джон Джонвилкинсон создал то, что известно как первый в мире станок. для расточки цилиндров паровых машин и была решена.Эта буровая машина также разработана Уилкинсоном на основе его оригинальной пушки;
Перфокарты
В 1725 году французский текстильщик Базиль Бушон изобрел метод управления ткацкими станками с помощью закодированных данных на бумажных лентах через ряд отверстий.Несмотря на то, что он новаторский, недостаток этого метода также очевиден, то есть он по-прежнему нуждается в операторах.В 1805 году Жозеф Мари Жаккар принял эту концепцию, но она была усилена и упрощена за счет использования более прочных перфокарт, расположенных последовательно, что автоматизировало процесс.Эти перфокарты широко считаются основой современных компьютеров и знаменуют собой конец домашнего ремесла в ткацком деле.
Интересно, что против жаккардовых ткацких станков в то время выступали ткачи шелка, опасавшиеся, что эта автоматизация лишит их работы и средств к существованию.Они неоднократно сжигали запущенные в производство станки;Однако их сопротивление оказалось тщетным, поскольку промышленность признала преимущества автоматизированных ткацких станков.К 1812 году во Франции использовалось 11000 жаккардовых станков.
Перфокарты были разработаны в конце 1800-х годов и нашли множество применений, от телеграфа до автоматического пианино.Хотя механический контроль определялся ранними картами, 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 века перфокарты впервые использовались для ввода и хранения данных в компьютерах и машинах с числовым программным управлением.Исходный формат имеет пять рядов отверстий, а последующие версии имеют шесть, семь, восемь и более рядов.
Сервомеханизм
Сервомеханизм представляет собой автоматическое устройство, которое использует индуктивную обратную связь по ошибке для корректировки работы машины или механизма.В некоторых случаях сервопривод позволяет управлять мощными устройствами 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 переменными, такими как положение и скорость, и наиболее распространенными являются электрические, пневматические или гидравлические.
Первый электрический сервомеханизм был основан Х. Календарем в Великобритании в 1896 г. К 1940 г. в Массачусетском технологическом институте была создана специальная лаборатория сервомеханизмов, возникшая из-за возросшего внимания кафедры электротехники к этой теме.В обработке 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.Первоначальная версия была раньше, чем FORTRAN, но более поздние версии были переписаны на Fortran.
Apt — это язык, созданный для работы с первым станком с ЧПУ Массачусетского технологического института, 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 разработка apt спонсировалась военно-воздушными силами и в конечном итоге была открыта для гражданского сектора.
Дуглас Т. Росс, глава группы компьютерных приложений, известен как отец apt.Позже он ввел термин «автоматизированное проектирование» (САПР).
Рождение числового программного управления
До появления станков с ЧПУ первой была разработка станков с ЧПУ и первых станков с ЧПУ.Хотя в различных описаниях исторических деталей есть некоторые различия, первый станок с ЧПУ — это не только ответ на конкретные производственные задачи, с которыми столкнулись военные, но и естественное развитие системы перфокарт.
«Цифровое управление 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 разработал и внедрил технологию числового программного управления с помощью авиационного инженера Фрэнка Л. Стулена.Будучи сыном производителя из Мичигана, Парсонс начал работать сборщиком на фабрике своего отца в возрасте 14 лет. Позже он владел и управлял рядом производственных предприятий в рамках семейной производственной компании Parsons.
Парсонс имеет первый патент NC и был включен в Национальный зал славы изобретателей за свою новаторскую работу в области числового программного управления.Всего у Парсонса 15 патентов, еще 35 выдано его предприятию.В 2001 году общество инженеров-технологов взяло интервью у Парсонса, чтобы все узнали его историю с его точки зрения.
Раннее расписание NC
1942:Джон Т. Парсонс получил субподряд от Sikorsky Aircraft на производство лопастей несущего винта для вертолетов.
1944:из-за конструктивного дефекта крыльевой балки вышла из строя одна из первых 18 изготовленных ими лопастей, 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 сборки.
1946:люди хотели создать производственный инструмент для точного изготовления лезвий, что было огромной и сложной задачей для условий того времени.Поэтому Парсонс нанял авиаконструктора Фрэнка Стулена и вместе с тремя другими людьми сформировал команду инженеров.Стулен подумал об использовании перфокарт IBM для определения уровня нагрузки на лезвие, и для этого проекта они арендовали семь машин IBM.
В 1948 году цель простого изменения последовательности движений автоматических станков была достигнута двумя основными способами — по сравнению с простой установкой фиксированной последовательности движений — и осуществляется двумя основными способами: трассирующим управлением и цифровым управлением.Как мы видим, для начала нужно сделать физическую модель объекта (или хотя бы полный чертеж, например телефон ГЭС Цинциннати).Второй — не завершать образ предмета или детали, а только абстрагировать его: математические модели и машинные инструкции.
1949:ВВС США нуждаются в сверхточной конструкции крыла.Парсонс продал свой станок с ЧПУ и выиграл контракт на 200 000 долларов, чтобы воплотить его в жизнь.
1949:Парсонс и Стулен работали со Snyder Machine & Tool Corp. над разработкой машин и поняли, что им нужны серводвигатели, чтобы машины работали точно.Парсонс передал сервосистему «кардаматической фрезерной машины» в лабораторию сервомеханизмов Массачусетского технологического института.
1952 (май): Парсонс подал заявку на патент на «устройство управления двигателем для позиционирования станков».Он выдал патент в 1958 году.
1952 (август):в ответ Массачусетский технологический институт подал заявку на патент на «сервосистему с числовым управлением».
После Второй мировой войны ВВС США подписали несколько контрактов с Parsons для дальнейшего развития инноваций в области обработки с ЧПУ, созданных его основателем Джоном Парсонсом.Парсонс был заинтересован в экспериментах, проводимых в лаборатории сервомеханизмов Массачусетского технологического института, и предложил, чтобы Массачусетский технологический институт стал субподрядчиком проекта в 1949 году, чтобы предоставить опыт в области автоматического управления.В течение следующих 10 лет Массачусетский технологический институт получил контроль над всем проектом, потому что видение «трехосевого непрерывного управления траекторией» серволаборатории заменило первоначальную концепцию Парсонса «резка в позиционировании резки».Проблемы всегда формируют технологии, но эта особая история, записанная историком Дэвидом Ноблом, стала важной вехой в истории технологий.
1952:Массачусетский технологический институт продемонстрировал свою сложную и дорогую систему перфорированных ремней с 7 направляющими (250 электронных ламп, 175 реле в пяти шкафах размером с холодильник).
Первоначальным фрезерным станком с ЧПУ Массачусетского технологического института в 1952 году был Hydro Tel, модифицированный 3-осевой фрезерный станок компании Cincinnati.
В журнале «Scientific American» за сентябрь 1952 г. опубликовано семь статей о «саморегулирующейся машине, которая представляет собой научно-техническую революцию, которая эффективно формирует будущее человечества».
1955:Concord Controls (состоящая из членов первоначальной команды Массачусетского технологического института) создала числовую карту, которая заменила перфорированную ленту на машинах MIT NC на устройство чтения ленты, разработанное GE.
Ленточное хранилище
1958:Парсонс получил патент США 2820187 и продал эксклюзивную лицензию компании Bendix.IBM, Fujitsu и General Electric получили сублицензии после того, как начали разрабатывать свои собственные машины.
1958:Массачусетский технологический институт опубликовал отчет об экономике ЧПУ, в котором сделан вывод о том, что нынешняя машина с ЧПУ на самом деле не экономит время, а переводит рабочую силу из заводского цеха в руки людей, изготавливающих перфорированные ленты.
Время публикации: 19 июля 2022 г.