Verktygsmaskiner är i huvudsak ett verktyg för maskin att styra verktygsbanan – inte genom direkt, manuell styrning, såsom manuella verktyg och nästan alla mänskliga verktyg, tills människor uppfann verktygsmaskiner.
Numerisk styrning (NC) avser användningen av programmerbar logik (data i form av bokstäver, siffror, symboler, ord eller kombinationer) för att automatiskt styra bearbetningsverktyg. Innan det dök upp styrdes bearbetningsverktygen alltid av manuella operatörer.
Computer numerical control (CNC) avser att skicka korrekt kodade instruktioner till mikroprocessorn i bearbetningsverktygets styrsystem, för att förbättra noggrannheten och konsekvensen. CNC som man pratar om idag avser nästan alla fräsmaskiner kopplade till datorer. Tekniskt sett kan den användas för att beskriva vilken maskin som helst som styrs av en dator.
Under det senaste århundradet har många uppfinningar lagt grunden för utvecklingen av CNC-verktygsmaskiner. Här tittar vi på fyra grundläggande delar av utvecklingen av numerisk styrteknik: tidiga verktygsmaskiner, hålkort, servomekanismer och programmeringsspråk för automatiska programmeringsverktyg (APT).
Tidiga verktygsmaskiner
Under den andra industriella revolutionen i Storbritannien prisades James Watt för att ha skapat ångmaskinen som drev den industriella revolutionen, men han stötte på svårigheter med att tillverka ångmotorcylindrarnas noggrannhet fram till 1775, John Johnwilkinson skapade vad som är känt som världens första verktygsmaskin för tråkiga ångmotorcylindrar och löstes. Denna tråkiga maskin är också designad av Wilkinson baserat på hans originalkanon;
Hålkort
År 1725 uppfann Basile bouchon, en fransk textilarbetare, en metod för att kontrollera vävstolar genom att använda kodade data på pappersband genom en serie hål. Även om den är banbrytande är nackdelen med denna metod också uppenbar, det vill säga att den fortfarande behöver operatörer. År 1805 antog Joseph Marie Jacquard detta koncept, men det förstärktes och förenklades genom att använda starkare hålkort ordnade i sekvens, vilket automatiserade processen. Dessa hålkort anses allmänt vara grunden för modern datoranvändning och markerar slutet på hemslöjdsindustrin inom vävning.
Intressant nog fick jacquardvävstolar motstånd av sidenvävare på den tiden, som var oroliga för att denna automatisering skulle beröva dem deras jobb och försörjning. De brände upprepade gånger de vävstolar som satts i produktion; Men deras motstånd visade sig vara meningslöst, eftersom industrin insåg fördelarna med automatiserade vävstolar. År 1812 var 11 000 jacquardvävstolar i bruk i Frankrike.
Hålkort utvecklades i slutet av 1800-talet och fick många användningsområden, från telegraf till automatiskt piano. Även om mekanisk kontroll avgjordes av tidiga kort, skapade den amerikanske uppfinnaren Herman Hollerith en elektromekanisk hålkortstabulator, som ändrade spelets regler. Hans system patenterades 1889, när han arbetade för US Census Bureau.
Herman Hollerith grundade tabulatorföretaget 1896 och slogs samman med fyra andra företag för att etablera IBM 1924. Under andra hälften av 1900-talet användes hålkort först för datainmatning och lagring av datorer och numeriska styrmaskiner. Originalformatet har fem rader med hål, medan de efterföljande versionerna har sex, sju, åtta eller fler rader.
Servomekanism
Servomekanismen är en automatisk enhet som använder felinduktiv återkoppling för att korrigera maskinens eller mekanismens prestanda. I vissa fall tillåter servo att högeffektenheter kan styras av enheter med mycket lägre effekt. Servomekanismen är sammansatt av en kontrollerad enhet, en annan enhet som ger kommandon, ett feldetekteringsinstrument, en felsignalförstärkare och en enhet (servomotor) som korrigerar fel. Servosystem används vanligtvis för att styra variabler som position och hastighet, och de vanligaste är elektriska, pneumatiska eller hydrauliska.
Den första elektriska servomekanismen grundades av H. calendar i Storbritannien 1896. År 1940 skapade MIT ett speciellt servomekanismlaboratorium, som härrörde från den ökande uppmärksamheten från avdelningen för elektroteknik för detta ämne. Vid CNC-bearbetning är servosystemet mycket viktigt för att uppnå den toleransnoggrannhet som krävs av automatisk bearbetning.
Automatiskt programmeringsverktyg (APT)
Automatiskt programmeringsverktyg (APT) föddes i servomekanismen Laboratory of Massachusetts Institute of Technology 1956. Det är en kreativ prestation för datorapplikationsgruppen. Det är ett lättanvänt programmeringsspråk på hög nivå, som speciellt används för att generera instruktioner för CNC-verktygsmaskiner. Den ursprungliga versionen var tidigare än FORTRAN, men senare versioner skrevs om med Fortran.
Apt är ett språk skapat för att fungera med MIT:s första NC-maskin, som är världens första NC-maskin. Sedan fortsatte det att bli standarden för datorstyrd maskinverktygsprogrammering och användes flitigt på 1970-talet. Senare sponsrades utvecklingen av apt av flygvapnet och öppnades så småningom för den civila sektorn.
Douglas T. Ross, chef för datorapplikationsgruppen, är känd som fadern till apt. Han myntade senare termen "datorstödd design" (CAD).
Födelsen av numerisk kontroll
Innan uppkomsten av CNC-verktygsmaskiner är den första utvecklingen av CNC-verktygsmaskiner och de första CNC-verktygsmaskinerna. Även om det finns vissa skillnader i de olika beskrivningarna av historiska detaljer, är den första CNC-maskinen inte bara ett svar på de specifika tillverkningsutmaningar som militären står inför, utan också en naturlig utveckling av hålkortssystemet.
"Digital kontroll markerar början på den andra industriella revolutionen och ankomsten av den vetenskapliga eran där styrningen av maskiner och industriella processer kommer att förändras från oprecisa utkast till korrekta." – Föreningen av tillverkningsingenjörer.
Den amerikanske uppfinnaren John T. Parsons (1913 – 2007) anses allmänt vara den numeriska kontrollens fader. Han tänkte ut och implementerade numerisk styrteknik med hjälp av flygplansingenjören Frank L. stulen. Som son till en tillverkare i Michigan började Parsons arbeta som montör i sin fars fabrik vid 14 års ålder. Senare ägde och drev han ett antal tillverkningsanläggningar under familjeföretaget Parsons tillverkningsföretag.
Parsons har det första NC-patentet och valdes in i National Inventors Hall of fame för sitt banbrytande arbete inom området numerisk kontroll. Parsons har totalt 15 patent och ytterligare 35 beviljas till hans företag. Samhället av tillverkningsingenjörer intervjuade Parsons 2001 för att låta alla få veta hans historia ur hans perspektiv.
Tidig NC-schema
1942:john T. Parsons lades ut av Sikorsky Aircraft för att tillverka helikopterrotorblad.
1944:på grund av designdefekten hos vingbalken, misslyckades ett av de första 18 bladen de tillverkade, vilket resulterade i pilotens död. Parsons idé är att stansa rotorbladet med metall för att göra det starkare och byta ut lim och skruvar för att fästa monteringen.
1946:människor ville skapa ett tillverkningsverktyg för att exakt producera blad, vilket var en enorm och komplex utmaning för förhållandena vid den tiden. Därför anställde Parsons flygingenjören Frank stulen och bildade ett ingenjörsteam med tre andra personer. Stulen tänkte använda IBM-hålkort för att bestämma stressnivån på bladet och de hyrde sju IBM-maskiner för projektet.
1948 uppnåddes målet att enkelt ändra rörelsesekvensen för automatiska verktygsmaskiner på två huvudsakliga sätt – jämfört med att bara ställa in en fast rörelsesekvens – och genomförs på två huvudsakliga sätt: spårstyrning och digital styrning. Som vi kan se måste den första göra en fysisk modell av objektet (eller åtminstone en komplett ritning, som Cincinnati kabelspårare vattenkraft telefon). Det andra är inte att fullborda bilden av objektet eller delen, utan bara att abstrahera det: matematiska modeller och maskininstruktioner.
1949:det amerikanska flygvapnet behöver hjälp av ultraprecisionsvingar. Parsons sålde sin CNC-maskin och vann ett kontrakt värt $200000 för att göra det till verklighet.
1949:Parsons och stulen har arbetat med Snyder machine & tool Corp. för att utveckla maskiner och insåg att de behövde servomotorer för att få maskiner att fungera exakt. Parsons lade ut servosystemet för "card-a-matic fräsmaskin" till servomekanismen Laboratory vid Massachusetts Institute of Technology.
1952 (maj): Parsons ansökte om patent för "motorstyrningsanordning för positionering av verktygsmaskiner". Han beviljade patentet 1958.
1952 (augusti):som svar ansökte MIT om ett patent för "numeriskt styrservosystem".
Efter andra världskriget undertecknade det amerikanska flygvapnet flera kontrakt med Parsons för att vidareutveckla NC-bearbetningsinnovationen från dess grundare John Parsons. Parsons var intresserad av experimenten som utfördes i servomekanismen Laboratory of MIT och föreslog att MIT skulle bli en projektunderleverantör 1949 för att tillhandahålla expertis inom automatisk styrning. Under de kommande 10 åren fick MIT kontroll över hela projektet, eftersom visionen om "treaxlig kontinuerlig vägkontroll" av servolaboratoriet ersatte Parsons ursprungliga koncept med "cut in cutting positioning". Problem formar alltid tekniken, men denna speciella berättelse nedtecknad av historikern David noble har blivit en viktig milstolpe i teknikens historia.
1952:MIT demonstrerade sitt 7-skeniga perforerade bältessystem, vilket är komplext och dyrt (250 vakuumrör, 175 reläer, i fem kylskåpsstora skåp).
MIT:s ursprungliga CNC-fräsmaskin 1952 var hydro Tel, ett modifierat 3-axligt Cincinnati-fräsmaskinföretag.
Det finns sju artiklar om "självreglerande maskin, som representerar en vetenskaplig och teknisk revolution som effektivt kommer att forma mänsklighetens framtid" i tidskriften "automatic control" av Scientific American i september 1952.
1955:Concord-kontroller (som består av medlemmar av MIT:s ursprungliga team) skapade numericard, som ersatte den perforerade tejpen på MIT NC-maskiner med bandläsaren som utvecklas av GE.
Bandförvaring
1958:Parsons erhöll det amerikanska patentet 2820187 och sålde den exklusiva licensen till Bendix. IBM, Fujitsu och general electric fick alla underlicenser efter att de började utveckla sina egna maskiner.
1958:MIT publicerade en rapport om NC-ekonomi, som drog slutsatsen att den nuvarande NC-maskinen egentligen inte sparade tid, utan överförde arbetskraften från fabriksverkstaden till personerna som tillverkade perforerade remmar.
Posttid: 19 juli 2022