Obráběcí stroj je v podstatě nástroj pro stroj, který vede dráhu nástroje – nikoli přímým ručním vedením, jako jsou ruční nástroje a téměř všechny lidské nástroje, dokud lidé nevynalezli obráběcí stroj.
Numerické řízení (NC) označuje použití programovatelné logiky (data ve formě písmen, číslic, symbolů, slov nebo kombinací) k automatickému řízení obráběcích nástrojů. Než se objevil, obráběcí nástroje byly vždy ovládány manuálními operátory.
Počítačové numerické řízení (CNC) znamená odesílání přesně zakódovaných instrukcí do mikroprocesoru v řídicím systému obráběcího nástroje, aby se zlepšila přesnost a konzistence. CNC, o kterém se dnes mluví, téměř všechny odkazuje na frézky připojené k počítačům. Technicky vzato jej lze použít k popisu jakéhokoli stroje řízeného počítačem.
V minulém století položilo mnoho vynálezů základ pro vývoj CNC obráběcích strojů. Zde se podíváme na čtyři základní prvky vývoje technologie číslicového řízení: rané obráběcí stroje, děrné štítky, servo mechanismy a programovací jazyk automatických programovacích nástrojů (APT).
Rané obráběcí stroje
Během druhé průmyslové revoluce v Británii byl James Watt chválen za vytvoření parního stroje, který poháněl průmyslovou revoluci, ale narazil na potíže při výrobě přesnosti válců parních strojů až do roku 1775, kdy John Johnwilkinson vytvořil to, co je známé jako první obráběcí stroj na světě. pro vyvrtávání válců parních strojů a byl vyřešen. Tento vyvrtávací stroj je také navržen Wilkinsonem na základě jeho původního děla;
Děrný štítek
V roce 1725 vynalezl Basile Bouchon, francouzský textilní dělník, metodu ovládání tkalcovských stavů pomocí zakódovaných dat na papírových páskách skrz řadu otvorů. I když je přelomová, nevýhoda této metody je také zřejmá, tedy stále potřebuje operátory. V roce 1805 Joseph Marie žakár přijal tento koncept, ale byl posílen a zjednodušen použitím silnějších děrných štítků uspořádaných za sebou, čímž byl proces automatizován. Tyto děrné štítky jsou široce považovány za základ moderní výpočetní techniky a znamenají konec domácího řemeslného průmyslu ve tkaní.
Zajímavé je, že žakárovým stavům v té době odolávali tkalci hedvábí, kteří se obávali, že je tato automatizace připraví o práci a živobytí. Opakovaně pálili tkalcovské stavy uvedené do výroby; Jejich odpor se však ukázal jako marný, protože průmysl poznal výhody automatických tkalcovských stavů. V roce 1812 se ve Francii používalo 11 000 žakárových stavů.
Děrné štítky se vyvinuly na konci 19. století a našly mnoho použití, od telegrafu po automatické piano. Přestože o mechanickém ovládání rozhodovaly rané karty, americký vynálezce Herman Hollerith vytvořil elektromechanický tabelátor děrných štítků, který změnil pravidla hry. Jeho systém byl patentován v roce 1889, kdy pracoval pro US Census Bureau.
Herman Hollerith založil společnost tabulátorů v roce 1896 a sloučil se s dalšími čtyřmi společnostmi a v roce 1924 založil IBM. Ve druhé polovině 20. století byly děrné štítky poprvé použity pro zadávání dat a ukládání dat do počítačů a numerických řídicích strojů. Původní formát má pět řad otvorů, zatímco následující verze mají šest, sedm, osm nebo více řad.
Servo mechanismus
Servomechanismus je automatické zařízení, které využívá chybovou indukční zpětnou vazbu ke korekci výkonu stroje nebo mechanismu. V některých případech servo umožňuje ovládání vysoce výkonných zařízení zařízeními s mnohem nižším výkonem. Servomechanismus se skládá z řízeného zařízení, dalšího zařízení, které dává příkazy, nástroje pro detekci chyb, zesilovače chybového signálu a zařízení (servomotoru), které opravuje chyby. Servosystémy se obvykle používají k ovládání proměnných, jako je poloha a rychlost, a nejběžnější jsou elektrické, pneumatické nebo hydraulické.
První elektrický servomechanismus založil H. calendar v Británii v roce 1896. Do roku 1940 MIT vytvořilo speciální laboratoř servo mechanismů, která vznikla ze vzrůstající pozornosti katedry elektrotechniky tomuto tématu. Při CNC obrábění je servosystém velmi důležitý pro dosažení toleranční přesnosti požadované automatickým obráběcím procesem.
Automatický programovací nástroj (APT)
Automatický programovací nástroj (APT) se zrodil v servomechanismu Laboratory of Massachusetts Institute of Technology v roce 1956. Jde o kreativní počin skupiny počítačových aplikací. Jedná se o snadno použitelný vysokoúrovňový programovací jazyk, který se používá speciálně pro generování instrukcí pro CNC obráběcí stroje. Původní verze byla starší než FORTRAN, ale pozdější verze byly přepsány pomocí Fortran.
Apt je jazyk vytvořený pro práci s prvním NC strojem MIT, který je prvním NC strojem na světě. Poté se stal standardem počítačově řízeného programování obráběcích strojů a byl široce používán v 70. letech 20. století. Později vývoj apt sponzorovalo letectvo a nakonec se otevřel i civilnímu sektoru.
Douglas T. Ross, vedoucí skupiny počítačových aplikací, je známý jako otec apt. Později vytvořil termín „computer aided design“ (CAD).
Zrození numerického řízení
Před vznikem CNC obráběcích strojů je první vývoj CNC obráběcích strojů a prvních CNC obráběcích strojů. Přestože existují určité rozdíly v různých popisech historických detailů, první CNC obráběcí stroj není jen odpovědí na specifické výrobní výzvy, kterým armáda čelí, ale také přirozeným vývojem systému děrných štítků.
"Digitální řízení znamená začátek druhé průmyslové revoluce a příchod vědecké éry, ve které se řízení strojů a průmyslových procesů změní z nepřesných návrhů na přesné." – Sdružení výrobních inženýrů.
Americký vynálezce John T. Parsons (1913 – 2007) je všeobecně považován za otce numerického řízení. S pomocí leteckého inženýra Franka L. stulena vymyslel a zavedl technologii číslicového řízení. Jako syn výrobce v Michiganu začal Parsons ve 14 letech pracovat jako montážník v továrně svého otce. Později vlastnil a provozoval řadu výrobních závodů v rámci rodinné firmy Parsons production company.
Parsons má první NC patent a byl vybrán do Národní síně slávy vynálezců za svou průkopnickou práci v oblasti numerického řízení. Parsons má celkem 15 patentů a dalších 35 je uděleno jeho podniku. Společnost výrobních inženýrů udělala s Parsonsem rozhovor v roce 2001, aby každý poznal jeho příběh z jeho perspektivy.
Včasný plán NC
1942:John T. Parsons byl subdodavatelem společnosti Sikorsky Aircraft na výrobu listů rotoru vrtulníku.
1944:kvůli konstrukční vadě nosníku křídla selhal jeden z prvních 18 listů, které vyrobili, což mělo za následek smrt pilota. Parsonsův nápad je prorazit list rotoru kovem, aby byl pevnější, a vyměnit lepidlo a šrouby pro upevnění sestavy.
1946:lidé chtěli vytvořit výrobní nástroj pro přesnou výrobu čepelí, což byla pro tehdejší podmínky obrovská a komplexní výzva. Parsons proto najal leteckého inženýra Franka Stulena a se třemi dalšími lidmi vytvořil inženýrský tým. Stulena napadlo použít děrné štítky IBM k určení úrovně namáhání čepele a pro tento projekt si pronajali sedm strojů IBM.
V roce 1948 bylo cíle snadné změny sledu pohybu automatických obráběcích strojů dosaženo dvěma hlavními způsoby – ve srovnání s pouhým nastavením pevného sledu pohybu – a provádí se dvěma hlavními způsoby: sledováním a digitálním řízením. Jak vidíme, první potřebuje vytvořit fyzický model objektu (nebo alespoň kompletní výkres, jako je Cincinnati cable tracer hydropower phone). Druhým není dotvářet obraz předmětu nebo součásti, ale pouze jej abstrahovat: matematické modely a strojové instrukce.
1949:americké letectvo potřebuje pomoc ultra přesné konstrukce křídla. Parsons prodal svůj CNC stroj a získal kontrakt v hodnotě 200 000 $, aby se stal skutečností.
1949:Parsons a stulen spolupracovali se společností Snyder machine & tool Corp. na vývoji strojů a uvědomili si, že potřebují servomotory, aby stroje fungovaly přesně. Parsons zadal servosystém „frézky card-a-matic“ subdodavateli servomechanismu Laboratoře technologického institutu v Massachusetts.
1952 (květen): Parsons požádal o patent na „zařízení pro řízení motoru pro polohování obráběcích strojů“. Patent udělil v roce 1958.
1952 (srpen):v reakci na to MIT požádalo o patent na „numerický řídicí servosystém“.
Po druhé světové válce podepsalo americké letectvo několik smluv s Parsonsem na další rozvoj inovace NC obrábění, kterou provedl jeho zakladatel John Parsons. Parsons se zajímal o experimenty prováděné v laboratoři servo mechanismu MIT a navrhl, aby se MIT v roce 1949 stala subdodavatelem projektu, který by poskytoval odborné znalosti v oblasti automatického řízení. V následujících 10 letech získalo MIT kontrolu nad celým projektem, protože vize „tříosého kontinuálního řízení dráhy“ servolaboratoře nahradila původní Parsonsův koncept „řezání v polohování řezání“. Problémy vždy formují technologii, ale tento zvláštní příběh zaznamenaný historikem Davidem noble se stal důležitým milníkem v historii technologie.
1952:MIT předvedl svůj 7-kolejnicový perforovaný pásový systém, který je složitý a drahý (250 elektronek, 175 relé, v pěti skříních velikosti ledničky).
Původní CNC frézka MIT v roce 1952 byla hydro Tel, upravená 3-osá Cincinnati frézka.
V časopise „automatic control“ časopisu Scientific American v září 1952 je sedm článků o „samoregulačním stroji, který představuje vědeckou a technologickou revoluci, která účinně utváří budoucnost lidstva“.
1955:Ovládací prvky Concord (složené ze členů původního týmu MIT) vytvořily číselník, který nahradil perforovanou pásku na NC strojích MIT čtečkou pásek vyvíjenou společností GE.
Skladování pásky
1958:Parsons získal americký patent 2820187 a prodal exkluzivní licenci společnosti Bendix. IBM, Fujitsu a general electric získaly sublicence poté, co začaly vyvíjet své vlastní stroje.
1958:MIT zveřejnilo zprávu o ekonomice NC, která dospěla k závěru, že současný NC stroj skutečně nešetřil čas, ale přenesl pracovní sílu z tovární dílny na lidi, kteří vyráběli děrované pásy.
Čas odeslání: 19. července 2022