Pohjimmiltaan työstökone on koneen työkalu ohjaamaan työkalun polkua – ei suoralla, manuaalisella ohjauksella, kuten käsityökaluilla ja melkein kaikilla ihmistyökaluilla, kunnes ihmiset keksivät työstökoneen.
Numeerinen ohjaus (NC) tarkoittaa ohjelmoitavan logiikan käyttöä (kirjaimien, numeroiden, symbolien, sanojen tai yhdistelmien muodossa oleva tieto) koneistustyökalujen automaattiseen ohjaukseen. Ennen kuin se ilmestyi, käsityökaluja hallitsivat aina manuaaliset operaattorit.
Tietokoneen numeerinen ohjaus (CNC) tarkoittaa tarkasti koodattujen ohjeiden lähettämistä koneistustyökalun ohjausjärjestelmän mikroprosessorille tarkkuuden ja johdonmukaisuuden parantamiseksi. CNC, josta ihmiset puhuvat tänään, melkein kaikki viittaavat tietokoneisiin kytkettyihin jauhatuskoneisiin. Teknisesti sitä voidaan käyttää kuvaamaan mitä tahansa tietokoneella ohjattua konetta.
Viime vuosisadalla monet keksinnöt ovat luoneet perustan CNC -työstötyökalujen kehittämiselle. Tässä tarkastellaan neljää numeerisen ohjaustekniikan kehityksen peruselementtiä: varhaiset työstökoneet, reikäkortit, servomekanismit ja automaattisten ohjelmointityökalujen (APT) ohjelmointikieli.
Varhaiset työstötyökalut
Britannian toisen teollisen vallankumouksen aikana James Wattia kehuttiin teollista vallankumousta käyttävän höyrykoneen luomisesta, mutta hänellä oli vaikeuksia valmistaa höyrykoneen sylintereiden tarkkuutta vuoteen 1775 asti, John Johnwilkinson loi niin sanotun maailman ensimmäisenä työstökoneena. höyrykoneen sylintereiden poraamiseen ja ratkaistiin. Wilkinson on myös suunnitellut tämän tylsäkoneen alkuperäisen kanuunansa perusteella;
Rei'ityskortti
Vuonna 1725 ranskalainen tekstiilityöntekijä Basile bouchon keksi menetelmän ohjata kutomakoneita käyttämällä koodattua dataa paperinauhoille useiden reikien läpi. Vaikka menetelmä on uraauurtava, on myös tämän menetelmän haittapuoli ilmeinen, eli se tarvitsee edelleen operaattoreita. Vuonna 1805 Joseph Marie jacquard omaksui tämän konseptin, mutta sitä vahvistettiin ja yksinkertaistettiin käyttämällä vahvempia reikäkortteja järjestyksessä, mikä automatisoi prosessia. Näitä reikäkortteja pidetään laajalti modernin tietojenkäsittelyn perustana ja ne merkitsevät kotikäsityöteollisuuden loppua kudontateollisuudessa.
Mielenkiintoista on, että silkkikutojat vastustivat tuolloin jacquard-kutomakoneita, jotka pelkäsivät tämän automaation menettävän heiltä heidän työnsä ja toimeentulonsa. He polttivat toistuvasti tuotantoon otetut kangaspuut; Niiden vastustus osoittautui kuitenkin turhaksi, koska teollisuus tunnisti automatisoitujen kutomakoneiden edut. Vuoteen 1812 mennessä Ranskassa oli käytössä 11 000 jacquard-kutomakonetta.
Rei'ityskortit kehitettiin 1800-luvun lopulla, ja niillä oli monia käyttötarkoituksia lennättimestä automaattipianoon. Vaikka mekaaninen ohjaus päätettiin varhaisten korttien perusteella, amerikkalainen keksijä Herman Hollerith loi sähkömekaanisen reikäkorttitaulukon, joka muutti pelin sääntöjä. Hänen järjestelmänsä patentoitiin vuonna 1889, kun hän työskenteli US Census Bureaussa.
Herman Hollerith perusti tabulaattoriyrityksen vuonna 1896 ja fuusioitui neljän muun yrityksen kanssa perustaakseen IBM:n vuonna 1924. 1900-luvun jälkipuoliskolla reikäkortteja käytettiin ensimmäisen kerran tietokoneiden ja numeeristen ohjauskoneiden tietojen syöttämiseen ja tallentamiseen. Alkuperäisessä muodossa on viisi riviä reikiä, kun taas myöhemmissä versioissa on kuusi, seitsemän, kahdeksan tai enemmän riviä.
Servomekanismi
Servomekanismi on automaattinen laite, joka käyttää virheinduktiivista palautetta korjaamaan koneen tai mekanismin suorituskykyä. Joissakin tapauksissa servo mahdollistaa suuritehoisten laitteiden ohjaamisen laitteilla, joiden teho on paljon pienempi. Servomekanismi koostuu ohjatusta laitteesta, toisesta komentoja antavasta laitteesta, virheentunnistusinstrumentista, virhesignaalin vahvistimesta ja laitteesta (servomoottori), joka korjaa virheitä. Servojärjestelmiä käytetään yleensä säätämään muuttujia, kuten asentoa ja nopeutta, ja yleisimpiä ovat sähköiset, pneumaattiset tai hydrauliset.
Ensimmäisen sähköisen servomekanismin perusti H. kalenteri Iso-Britanniassa vuonna 1896. Vuoteen 1940 mennessä MIT loi erityisen servomekanismilaboratorion, joka sai alkunsa sähkötekniikan laitoksen kasvavasta huomiosta tähän aiheeseen. CNC-työstössä servojärjestelmä on erittäin tärkeä automaattisen koneistusprosessin vaatiman toleranssitarkkuuden saavuttamiseksi.
Automaattinen ohjelmointityökalu (APT)
Automaattinen ohjelmointityökalu (APT) syntyi Massachusetts Institute of Technologyn servomekanismilaboratoriossa vuonna 1956. Se on tietokonesovellusryhmän luova saavutus. Se on helppokäyttöinen korkean tason ohjelmointikieli, jota käytetään erityisesti ohjeiden tuottamiseen CNC-työstökoneille. Alkuperäinen versio oli vanhempi kuin FORTRAN, mutta myöhemmät versiot kirjoitettiin uudelleen Fortranilla.
Apt on kieli, joka on luotu toimimaan MIT:n ensimmäisen NC-koneen kanssa, joka on maailman ensimmäinen NC-kone. Sitten siitä tuli edelleen tietokoneohjattujen työstökoneiden ohjelmoinnin standardi, ja sitä käytettiin laajalti 1970-luvulla. Myöhemmin apt:n kehittämistä sponsoroi ilmavoimat, ja se avattiin lopulta siviilisektorille.
Douglas T. Ross, tietokonesovellusryhmän johtaja, tunnetaan apt. Myöhemmin hän loi termin "tietokoneavusteinen suunnittelu" (CAD).
Numeerisen ohjauksen synty
Ennen CNC-työstökoneiden syntymistä ensimmäinen on CNC-työstökoneiden ja ensimmäisten CNC-työstökoneiden kehitys. Vaikka historiallisten yksityiskohtien eri kuvauksissa on eroja, ensimmäinen CNC-työstökone ei ole vain vastaus armeijan kohtaamiin erityisiin valmistushaasteisiin, vaan myös reikäkorttijärjestelmän luonnollinen kehitys.
"Digitaalinen ohjaus merkitsee toisen teollisen vallankumouksen alkua ja tieteellisen aikakauden tuloa, jolloin koneiden ja teollisten prosessien ohjaus muuttuu epätarkoista luonnoksista tarkkoihin." – Valmistusinsinöörien yhdistys.
Amerikkalaista keksijää John T. Parsonsia (1913 – 2007) pidetään laajalti numeerisen ohjauksen isänä. Hän suunnitteli ja toteutti numeerisen ohjaustekniikan lentokoneinsinööri Frank L. stulenin avulla. Michiganin valmistajan poikana Parsons aloitti työskentelyn kokoonpanijana isänsä tehtaalla 14-vuotiaana. Myöhemmin hän omisti ja johti useita tuotantolaitoksia perheyrityksen Parsons-valmistusyhtiön alaisuudessa.
Parsonsilla on ensimmäinen NC-patentti, ja hänet valittiin National Inventors Hall of Fameen uraauurtavasta työstään numeerisen ohjauksen alalla. Parsonsilla on yhteensä 15 patenttia, ja lisäksi 35 on myönnetty hänen yritykselleen. Valmistusinsinöörien seura haastatteli Parsonsia vuonna 2001 kertoakseen kaikille hänen tarinansa hänen näkökulmastaan.
Varhainen NC -aikataulu
1942:Sikorsky Aircraft teki alihankintana john T. Parsonsin valmistamaan helikopterin roottorin lapoja.
1944:siipipalkin suunnitteluvirheen vuoksi yksi heidän valmistamistaan 18 ensimmäisestä terästä epäonnistui, mikä johti lentäjän kuolemaan. Parsonsin idea on lävistää roottorin siipi metallilla sen vahvistamiseksi ja vaihtaa liima ja ruuvit kokoonpanon kiinnittämiseksi.
1946:ihmiset halusivat luoda valmistustyökalun terien tarkkaan tuottamiseen, mikä oli valtava ja monimutkainen haaste silloisiin olosuhteisiin. Siksi Parsons palkkasi lentokoneinsinöörin Frank Stulenin ja muodosti suunnittelutiimin kolmen muun ihmisen kanssa. Stulen ajatteli käyttävänsä IBM:n reikäkortteja terän rasitustason määrittämiseen, ja he vuokrasivat seitsemän IBM-konetta projektia varten.
Vuonna 1948 tavoite muuttaa helposti automaattisten työstökoneiden liikejärjestystä saavutettiin kahdella päätavalla – verrattuna vain kiinteän liikesekvenssin asettamiseen – ja se toteutetaan kahdella päätavalla: jäljitysohjauksella ja digitaalisella ohjauksella. Kuten näemme, ensimmäisen on tehtävä esineestä fyysinen malli (tai ainakin täydellinen piirustus, kuten Cincinnati cable tracer -vesivoimapuhelin). Toinen ei ole kohteen tai osan kuvan täydentäminen, vaan sen abstraktio: matemaattiset mallit ja koneen ohjeet.
1949:Yhdysvaltain ilmavoimat tarvitsevat ultratarkan siipirakenteen apua. Parsons myi CNC-koneensa ja voitti 200 000 dollarin arvoisen sopimuksen tehdäkseen siitä totta.
1949:Parsons ja stulen ovat työskennelleet Snyder machine & tool Corp.:n kanssa koneiden kehittämiseksi ja ymmärtäneet, että he tarvitsivat servomoottoreita saadakseen koneet toimimaan tarkasti. Parsons alihankinta "card-a-matic-jyrsinkoneen" servojärjestelmän Massachusetts Institute of Technologyn servomekanismin laboratoriolle.
1952 (toukokuu): Parsons haki patenttia "moottorin ohjauslaitteelle työstökoneiden asemointiin". Hän myönsi patentin vuonna 1958.
1952 (elokuu):vastauksena MIT haki patenttia "numeeriselle ohjausservojärjestelmälle".
Toisen maailmansodan jälkeen Yhdysvaltain ilmavoimat allekirjoittivat useita sopimuksia Parsonsin kanssa kehittääkseen edelleen sen perustajan John Parsonsin tekemää NC-koneistusinnovaatiota. Parsons oli kiinnostunut MIT:n servomekanismilaboratoriossa suoritettavista kokeista ja ehdotti, että MIT:stä tulisi projektin alihankkija vuonna 1949 tarjotakseen asiantuntemusta automaattiohjauksesta. Seuraavien 10 vuoden aikana MIT sai koko projektin hallintaansa, koska servolaboratorion "kolmiakselinen jatkuva polkuohjaus" korvasi Parsonsin alkuperäisen "leikkausasemoinnin" käsitteen. Ongelmat muokkaavat aina teknologiaa, mutta tästä historioitsija David noblen tallentamasta erikoistarinasta on tullut tärkeä virstanpylväs tekniikan historiassa.
1952:MIT esitteli 7-kiskoista rei'itettyä hihnajärjestelmää, joka on monimutkainen ja kallis (250 tyhjiöputkea, 175 relettä, viidessä jääkaappikokoisessa kaapissa).
MIT:n alkuperäinen CNC-jyrsinkone vuonna 1952 oli hydro Tel, modifioitu 3-akselinen Cincinnati-jyrsinkoneyritys.
Scientific Americanin "automatic control" -lehdessä syyskuussa 1952 on seitsemän artikkelia "itsesäätyvästä koneesta, joka edustaa tieteellistä ja teknologista vallankumousta, joka muokkaa tehokkaasti ihmiskunnan tulevaisuutta".
Concord-ohjaimet (jotka koostuvat MIT:n alkuperäisen tiimin jäsenistä) loivat numerokortin, joka korvasi MIT NC -koneiden rei'itetyn nauhan GE:n kehittämällä nauhalukijalla.
1958:Parsons sai US-patentin 2820187 ja myi yksinoikeuden Bendixille. IBM, Fujitsu ja General Electric saivat kaikki alilisenssit, kun he alkoivat kehittää omia koneitaan.
1958:MIT julkaisi NC-taloustieteen raportin, jossa todettiin, että nykyinen NC-kone ei todellakaan säästänyt aikaa, vaan siirsi työvoimaa tehdaspajasta rei'itettyjä hihnoja valmistaville henkilöille.
Postitusaika: 19.7.2022