In wezen is werktuigmachine een hulpmiddel voor de machine om het gereedschapspad te begeleiden – niet door directe, handmatige begeleiding, zoals handgereedschap en bijna alle menselijke gereedschappen, totdat mensen werktuigmachines uitvonden.
Numerieke besturing (NC) verwijst naar het gebruik van programmeerbare logica (gegevens in de vorm van letters, cijfers, symbolen, woorden of combinaties) om bewerkingsgereedschappen automatisch te besturen. Voordat het verscheen, werden verwerkingsinstrumenten altijd bestuurd door handmatige operators.
Computernumerieke besturing (CNC) verwijst naar het verzenden van nauwkeurig gecodeerde instructies naar de microprocessor in het besturingssysteem van het bewerkingsgereedschap, om de nauwkeurigheid en consistentie te verbeteren. CNC waar mensen tegenwoordig over praten, verwijst bijna allemaal naar freesmachines die op computers zijn aangesloten. Technisch gezien kan het worden gebruikt om elke machine te beschrijven die door een computer wordt bestuurd.
In de afgelopen eeuw hebben veel uitvindingen de basis gelegd voor de ontwikkeling van CNC-bewerkingsmachines. Hier kijken we naar vier basiselementen van de ontwikkeling van numerieke besturingstechnologie: vroege werktuigmachines, ponskaarten, servomechanismen en programmeertaal voor automatische programmeertools (APT).
Vroege werktuigmachines
Tijdens de tweede industriële revolutie in Groot-Brittannië werd James Watt geprezen voor het creëren van de stoommachine die de industriële revolutie aandreef, maar hij ondervond problemen bij het vervaardigen van de nauwkeurigheid van cilinders van stoommachines totdat John Johnwilkinson in 1775 wat bekend staat als 's werelds eerste werktuigmachine creëerde. voor het boren van stoommachinecilinders en werd opgelost. Ook deze boormachine is door Wilkinson ontworpen op basis van zijn originele kanon;
Ponskaart
In 1725 vond Basile Bouchon, een Franse textielarbeider, een methode uit om weefgetouwen te besturen door gecodeerde gegevens op papieren banden door een reeks gaten te gebruiken. Hoewel het baanbrekend is, ligt het nadeel van deze methode ook voor de hand: er zijn nog steeds operators nodig. In 1805 nam Joseph Marie jacquard dit concept over, maar het werd versterkt en vereenvoudigd door het gebruik van sterkere ponskaarten die in volgorde waren gerangschikt, waardoor het proces werd geautomatiseerd. Deze ponskaarten worden algemeen beschouwd als de basis van het moderne computergebruik en markeren het einde van de thuishandwerkindustrie op het gebied van weven.
Interessant is dat jacquardweefgetouwen destijds weerstand boden aan zijdewevers, die bang waren dat deze automatisering hen van hun baan en levensonderhoud zou beroven. Ze verbrandden herhaaldelijk de weefgetouwen die in productie waren genomen; Hun verzet bleek echter zinloos, omdat de industrie de voordelen van geautomatiseerde weefgetouwen onderkende. In 1812 waren er in Frankrijk 11.000 jacquardweefgetouwen in gebruik.
Ponskaarten ontwikkelden zich eind 19e eeuw en vonden vele toepassingen, van telegraaf tot automatische piano. Hoewel de mechanische besturing werd bepaald door vroege kaarten, creëerde de Amerikaanse uitvinder Herman Hollerith een elektromechanische ponskaart-tabulator, die de regels van het spel veranderde. Zijn systeem werd gepatenteerd in 1889, toen hij voor het US Census Bureau werkte.
Herman Hollerith richtte het tabulatorbedrijf op in 1896 en fuseerde met vier andere bedrijven om in 1924 IBM op te richten. In de tweede helft van de 20e eeuw werden ponskaarten voor het eerst gebruikt voor gegevensinvoer en opslag van computers en numerieke besturingsmachines. Het originele formaat heeft vijf rijen gaten, terwijl de daaropvolgende versies zes, zeven, acht of meer rijen hebben.
Servo-mechanisme
Servomechanisme is een automatisch apparaat dat fout-inductieve feedback gebruikt om de prestaties van de machine of het mechanisme te corrigeren. In sommige gevallen maakt servo het mogelijk apparaten met een hoog vermogen te besturen door apparaten met een veel lager vermogen. Het servomechanisme bestaat uit een bestuurd apparaat, een ander apparaat dat opdrachten geeft, een foutdetectie-instrument, een foutsignaalversterker en een apparaat (servomotor) dat fouten corrigeert. Servosystemen worden meestal gebruikt om variabelen zoals positie en snelheid te regelen, en de meest voorkomende zijn elektrisch, pneumatisch of hydraulisch.
Het eerste elektrische servomechanisme werd in 1896 door H. Calendar in Groot-Brittannië opgericht. In 1940 creëerde MIT een speciaal laboratorium voor servomechanismen, dat voortkwam uit de toenemende aandacht van de afdeling elektrotechniek voor dit onderwerp. Bij CNC-bewerking is het servosysteem erg belangrijk om de tolerantienauwkeurigheid te bereiken die vereist is voor het automatische bewerkingsproces.
Automatische programmeertool (APT)
Automatische programmeertool (APT) werd in 1956 geboren in het servomechanismelaboratorium van het Massachusetts Institute of Technology. Het is een creatieve prestatie van de computerapplicatiegroep. Het is een gebruiksvriendelijke programmeertaal op hoog niveau, die speciaal wordt gebruikt om instructies voor CNC-bewerkingsmachines te genereren. De originele versie was eerder dan FORTRAN, maar latere versies werden herschreven met Fortran.
Apt is een taal die is gemaakt om te werken met de eerste NC-machine van MIT, de eerste NC-machine ter wereld. Vervolgens werd het de standaard voor computergestuurde programmering van werktuigmachines en werd het in de jaren zeventig op grote schaal gebruikt. Later werd de ontwikkeling van apt gesponsord door de luchtmacht en uiteindelijk opengesteld voor de civiele sector.
Douglas T. Ross, het hoofd van de computerapplicatiegroep, staat bekend als de vader van apt. Later bedacht hij de term ‘computer aided design’ (CAD).
De geboorte van numerieke controle
Vóór de opkomst van CNC-werktuigmachines is de eerste de ontwikkeling van CNC-werktuigmachines en de eerste CNC-werktuigmachines. Hoewel er enkele verschillen zijn in de verschillende beschrijvingen van historische details, is de eerste CNC-werktuigmachine niet alleen een antwoord op de specifieke productie-uitdagingen waarmee het leger wordt geconfronteerd, maar ook een natuurlijke ontwikkeling van het ponskaartsysteem.
“Digitale controle markeert het begin van de tweede industriële revolutie en de komst van het wetenschappelijke tijdperk waarin de controle over machines en industriële processen zal veranderen van onnauwkeurige schetsen naar nauwkeurige ontwerpen.” – Vereniging van productie-ingenieurs.
De Amerikaanse uitvinder John T. Parsons (1913 – 2007) wordt algemeen beschouwd als de vader van numerieke controle. Hij bedacht en implementeerde numerieke besturingstechnologie met de hulp van vliegtuigingenieur Frank L. Stulen. Als zoon van een fabrikant in Michigan begon Parsons op 14-jarige leeftijd te werken als assembleur in de fabriek van zijn vader. Later bezat en exploiteerde hij een aantal fabrieken onder het familiebedrijf Parsons Manufacturing Company.
Parsons heeft het eerste NC-patent en werd geselecteerd in de National Inventors Hall of Fame vanwege zijn baanbrekende werk op het gebied van numerieke besturing. Parsons heeft in totaal 15 patenten en nog eens 35 worden aan zijn onderneming toegekend. De vereniging van productie-ingenieurs interviewde Parsons in 2001 om iedereen zijn verhaal vanuit zijn perspectief te laten weten.
Vroeg NC-schema
1942:John T. Parsons kreeg van Sikorsky Aircraft een contract voor de vervaardiging van rotorbladen voor helikopters.
1944:Als gevolg van het ontwerpfout van de vleugelbalk faalde een van de eerste 18 door hen vervaardigde bladen, wat resulteerde in de dood van de piloot. Het idee van Parsons is om het rotorblad met metaal te ponsen om het sterker te maken en lijm en schroeven te vervangen om het geheel vast te zetten.
1946:mensen wilden een productietool maken om messen nauwkeurig te produceren, wat een enorme en complexe uitdaging was gezien de omstandigheden van die tijd. Daarom huurde Parsons vliegtuigingenieur Frank Stulen in en vormde met drie andere mensen een technisch team. Stulen dacht erover om IBM-ponskaarten te gebruiken om het spanningsniveau op het mes te bepalen, en ze huurden zeven IBM-machines voor het project.
In 1948 werd het doel van het eenvoudig wijzigen van de bewegingsvolgorde van automatische werktuigmachines op twee manieren bereikt – vergeleken met alleen het instellen van een vaste bewegingsvolgorde – en wordt op twee manieren uitgevoerd: tracerbesturing en digitale besturing. Zoals we kunnen zien, moet je eerst een fysiek model van het object maken (of op zijn minst een volledige tekening, zoals een waterkrachttelefoon van Cincinnati). De tweede is niet om het beeld van het object of onderdeel te voltooien, maar alleen om het te abstraheren: wiskundige modellen en machine-instructies.
1949:de Amerikaanse luchtmacht heeft de hulp nodig van een ultraprecieze vleugelstructuur. Parsons verkocht zijn CNC-machine en won een contract ter waarde van $ 200.000 om het te realiseren.
1949:Parsons en Stulen hebben met Snyder machine & tool Corp. samengewerkt om machines te ontwikkelen en beseften dat ze servomotoren nodig hadden om machines nauwkeurig te laten werken. Parsons heeft het servosysteem van de “card-a-matic freesmachine” uitbesteed aan het servomechanisme Laboratory van het Massachusetts Institute of Technology.
1952 (mei): Parsons vraagt patent aan voor “motorbesturingsapparaat voor het positioneren van werktuigmachines”. Hij verleende het patent in 1958.
1952 (augustus):als reactie daarop heeft MIT een patent aangevraagd voor een "numeriek besturingsservosysteem".
Na de Tweede Wereldoorlog tekende de Amerikaanse luchtmacht verschillende contracten met Parsons om de NC-bewerkingsinnovatie van oprichter John Parsons verder te ontwikkelen. Parsons was geïnteresseerd in de experimenten die werden uitgevoerd in het servomechanismelaboratorium van MIT en stelde voor dat MIT in 1949 een onderaannemer van het project zou worden om expertise op het gebied van automatische besturing te leveren. In de daaropvolgende tien jaar kreeg MIT de controle over het hele project, omdat de visie van “drie-assige continue padcontrole” van het servolaboratorium het oorspronkelijke concept van Parsons van “cut in snijpositionering” verving. Problemen bepalen altijd de technologie, maar dit bijzondere verhaal opgetekend door historicus David noble is een belangrijke mijlpaal in de geschiedenis van de technologie geworden.
1952:MIT demonstreerde hun geperforeerde bandsysteem met 7 rails, dat complex en duur is (250 vacuümbuizen, 175 relais, in vijf koelkastkasten).
De originele CNC-freesmachine van MIT in 1952 was hydro Tel, een aangepast 3-assig freesmachinebedrijf uit Cincinnati.
Er zijn zeven artikelen over “zelfregulerende machines, die een wetenschappelijke en technologische revolutie vertegenwoordigen die de toekomst van de mensheid effectief zal vormgeven” in het tijdschrift “automatic control” van Scientific American in september 1952.
1955:Concord-besturingselementen (samengesteld uit leden van het oorspronkelijke team van MIT) creëerden numerieke kaarten, die de geperforeerde tape op MIT NC-machines verving door de tapelezer die door GE werd ontwikkeld.
Tape-opslag
1958:Parsons verkreeg het Amerikaanse patent 2820187 en verkocht de exclusieve licentie aan Bendix. IBM, Fujitsu en General Electric kregen allemaal sublicenties nadat ze hun eigen machines begonnen te ontwikkelen.
1958:MIT publiceerde een rapport over NC-economie, waarin werd geconcludeerd dat de huidige NC-machine niet echt tijd bespaarde, maar de arbeidskrachten van de fabriekswerkplaats overbracht naar de mensen die geperforeerde banden maakten.
Posttijd: 19 juli 2022