Im Wesentlichen ist die Werkzeugmaschine ein Werkzeug für die Maschine, um den Werkzeugweg zu führen – nicht durch direkte, manuelle Führung, wie manuelle Werkzeuge und fast alle menschlichen Werkzeuge, bis Menschen die Werkzeugmaschine erfunden haben.
Numerische Steuerung (NC) bezieht sich auf die Verwendung programmierbarer Logik (Daten in Form von Buchstaben, Zahlen, Symbolen, Wörtern oder Kombinationen) zur automatischen Steuerung von Bearbeitungswerkzeugen.Bevor es auftauchte, wurden Verarbeitungswerkzeuge immer von manuellen Bedienern gesteuert.
Computer Numerical Control (CNC) bezieht sich auf das Senden genau codierter Anweisungen an den Mikroprozessor im Steuerungssystem des Bearbeitungswerkzeugs, um die Genauigkeit und Konsistenz zu verbessern.CNC, von dem man heute spricht, bezieht sich fast ausschließlich auf Fräsmaschinen, die mit Computern verbunden sind.Technisch gesehen kann es verwendet werden, um jede Maschine zu beschreiben, die von einem Computer gesteuert wird.
Im vergangenen Jahrhundert haben viele Erfindungen den Grundstein für die Entwicklung von CNC-Werkzeugmaschinen gelegt.Hier betrachten wir vier grundlegende Elemente der Entwicklung der numerischen Steuerungstechnologie: frühe Werkzeugmaschinen, Lochkarten, Servomechanismen und die Programmiersprache der automatischen Programmierwerkzeuge (APT).
Frühe Werkzeugmaschinen
Während der zweiten industriellen Revolution in Großbritannien wurde James Watt für die Entwicklung der Dampfmaschine gelobt, die die industrielle Revolution antreibt, aber er stieß auf Schwierigkeiten bei der Herstellung der Genauigkeit von Dampfmaschinenzylindern, bis John Johnwilkinson 1775 die erste Werkzeugmaschine der Welt schuf zum Bohren von Dampfmaschinenzylindern und wurde gelöst.Diese Bohrmaschine wurde ebenfalls von Wilkinson basierend auf seiner ursprünglichen Kanone entworfen;
Lochkarte
1725 erfand Basile Bouchon, ein französischer Textilarbeiter, eine Methode zur Steuerung von Webstühlen, indem er verschlüsselte Daten auf Papierbändern durch eine Reihe von Löchern verwendete.Obwohl es bahnbrechend ist, liegt auch der Nachteil dieser Methode auf der Hand, das heißt, es werden immer noch Operatoren benötigt.1805 übernahm Joseph Marie Jacquard dieses Konzept, aber es wurde gestärkt und vereinfacht, indem stärkere Lochkarten verwendet wurden, die in einer Reihe angeordnet waren, wodurch der Prozess automatisiert wurde.Diese Lochkarten gelten weithin als Grundlage der modernen Computertechnik und markieren das Ende des Heimhandwerks in der Weberei.
Interessanterweise wurden Jacquard-Webstühle damals von Seidenwebern abgelehnt, die befürchteten, dass diese Automatisierung ihnen ihre Arbeit und ihren Lebensunterhalt nehmen würde.Sie verbrannten wiederholt die in Produktion gegangenen Webstühle;Ihr Widerstand blieb jedoch erfolglos, denn die Industrie erkannte die Vorteile automatisierter Webstühle.Bis 1812 waren in Frankreich 11000 Jacquardwebstühle im Einsatz.
Lochkarten wurden Ende des 18. Jahrhunderts entwickelt und fanden viele Verwendungen, vom Telegrafen bis zum automatischen Klavier.Obwohl die mechanische Kontrolle durch frühe Karten entschieden wurde, schuf der amerikanische Erfinder Herman Hollerith einen elektromechanischen Lochkarten-Tabulator, der die Spielregeln änderte.Sein System wurde 1889 patentiert, als er für das US Census Bureau arbeitete.
Herman Hollerith gründete 1896 die Tabulator Company und fusionierte 1924 mit vier anderen Unternehmen zur Gründung von IBM. In der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts wurden Lochkarten erstmals zur Dateneingabe und Speicherung von Computern und numerischen Steuerungsmaschinen verwendet.Das ursprüngliche Format hat fünf Lochreihen, während die nachfolgenden Versionen sechs, sieben, acht oder mehr Reihen haben.
Servomechanismus
Der Servomechanismus ist ein automatisches Gerät, das eine induktive Fehlerrückkopplung verwendet, um die Leistung der Maschine oder des Mechanismus zu korrigieren.In einigen Fällen ermöglicht Servo, dass Hochleistungsgeräte von Geräten mit viel geringerer Leistung gesteuert werden.Der Servomechanismus besteht aus einem gesteuerten Gerät, einem anderen Gerät, das Befehle gibt, einem Fehlererkennungsinstrument, einem Fehlersignalverstärker und einem Gerät (Servomotor), das Fehler korrigiert.Servosysteme werden normalerweise verwendet, um Variablen wie Position und Geschwindigkeit zu steuern, und die häufigsten sind elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch.
Der erste elektrische Servomechanismus wurde 1896 von H. Calendar in Großbritannien gegründet. Bis 1940 richtete das MIT ein spezielles Labor für Servomechanismen ein, das aus der zunehmenden Aufmerksamkeit des Department of Electrical Engineering für dieses Thema entstand.Bei der CNC-Bearbeitung ist das Servosystem sehr wichtig, um die Toleranzgenauigkeit zu erreichen, die für den automatischen Bearbeitungsprozess erforderlich ist.
Automatisches Programmiertool (APT)
Das automatische Programmierwerkzeug (APT) wurde 1956 im Labor für Servomechanismen des Massachusetts Institute of Technology geboren. Es ist eine kreative Errungenschaft der Computeranwendungsgruppe.Es ist eine einfach zu bedienende höhere Programmiersprache, die speziell zum Generieren von Anweisungen für CNC-Werkzeugmaschinen verwendet wird.Die ursprüngliche Version war früher als FORTRAN, aber spätere Versionen wurden mit Fortran umgeschrieben.
Apt ist eine Sprache, die entwickelt wurde, um mit der ersten NC-Maschine des MIT zu arbeiten, die die erste NC-Maschine der Welt ist.Danach entwickelte es sich weiter zum Standard der computergesteuerten Werkzeugmaschinenprogrammierung und fand in den 1970er Jahren weite Verbreitung.Später wurde die Entwicklung von apt von der Luftwaffe gefördert und schließlich für den zivilen Bereich geöffnet.
Douglas T. Ross, der Leiter der Gruppe für Computeranwendungen, ist als Vater von apt bekannt.Später prägte er den Begriff „Computer Aided Design“ (CAD).
Die Geburt der numerischen Steuerung
Vor dem Aufkommen von CNC-Werkzeugmaschinen ist die erste die Entwicklung von CNC-Werkzeugmaschinen und der ersten CNC-Werkzeugmaschinen.Obwohl es einige Unterschiede in den unterschiedlichen Beschreibungen historischer Details gibt, ist die erste CNC-Werkzeugmaschine nicht nur eine Antwort auf die spezifischen Fertigungsherausforderungen des Militärs, sondern auch eine natürliche Weiterentwicklung des Lochkartensystems.
„Die digitale Steuerung markiert den Beginn der zweiten industriellen Revolution und den Beginn des wissenschaftlichen Zeitalters, in dem sich die Steuerung von Maschinen und industriellen Prozessen von ungenauen Entwürfen zu genauen ändern wird.“– Verband der Fertigungsingenieure.
Der amerikanische Erfinder John T. Parsons (1913 – 2007) gilt weithin als Vater der Numerischen Steuerung.Er konzipierte und implementierte die numerische Steuerungstechnologie mit Hilfe des Flugzeugingenieurs Frank L. stulen.Als Sohn eines Fabrikanten in Michigan begann Parsons im Alter von 14 Jahren als Monteur in der Fabrik seines Vaters zu arbeiten. Später besaß und betrieb er eine Reihe von Produktionsstätten im Rahmen des Familienunternehmens Parsons Manufacturing Company.
Parsons besitzt das erste NC-Patent und wurde für seine Pionierarbeit auf dem Gebiet der numerischen Steuerung in die National Inventors Hall of Fame aufgenommen.Parsons besitzt insgesamt 15 Patente, weitere 35 werden seinem Unternehmen erteilt.Die Society of Manufacturing Engineers interviewte Parsons im Jahr 2001, um alle seine Geschichte aus seiner Perspektive zu erfahren.
Früher NC-Zeitplan
1942:John T. Parsons wurde von Sikorsky Aircraft mit der Herstellung von Rotorblättern für Hubschrauber beauftragt.
1944:Aufgrund des Konstruktionsfehlers des Flügelbalkens versagte eines der ersten 18 von ihnen hergestellten Blätter, was zum Tod des Piloten führte.Parsons Idee ist es, das Rotorblatt mit Metall zu stanzen, um es stärker zu machen, und Kleber und Schrauben zur Befestigung der Baugruppe zu ersetzen.
1946:Die Menschen wollten ein Fertigungswerkzeug schaffen, um Klingen präzise herzustellen, was für die damaligen Bedingungen eine große und komplexe Herausforderung war.Daher stellte Parsons den Flugzeugingenieur Frank Stulen ein und bildete mit drei weiteren Personen ein Ingenieurteam.Stulen dachte daran, IBM-Lochkarten zu verwenden, um den Belastungsgrad der Klinge zu bestimmen, und sie mieteten sieben IBM-Maschinen für das Projekt.
Das Ziel, den Bewegungsablauf automatischer Werkzeugmaschinen einfach zu ändern, wurde 1948 im Wesentlichen auf zwei Wegen erreicht – im Vergleich zur bloßen Einstellung eines festen Bewegungsablaufs – und wird im Wesentlichen auf zwei Arten verwirklicht: Taststeuerung und digitale Steuerung.Wie wir sehen können, muss der erste ein physisches Modell des Objekts erstellen (oder zumindest eine vollständige Zeichnung, wie z. B. Cincinnati Cable Tracer Hydropower Phone).Die zweite besteht darin, das Bild des Objekts oder Teils nicht zu vervollständigen, sondern nur zu abstrahieren: mathematische Modelle und Maschinenanweisungen.
1949:Die US-Luftwaffe braucht die Hilfe einer ultrapräzisen Flügelstruktur.Parsons verkaufte seine CNC-Maschine und gewann einen Auftrag im Wert von 200.000 US-Dollar, um sie zu verwirklichen.
1949:Parsons und Stulen haben mit Snyder Machine & Tool Corp. zusammengearbeitet, um Maschinen zu entwickeln, und festgestellt, dass sie Servomotoren benötigen, damit Maschinen genau arbeiten.Parsons vergab das Servosystem der „Card-a-Matic-Fräsmaschine“ an das Labor für Servomechanismen des Massachusetts Institute of Technology.
1952 (Mai): Parsons meldete ein Patent für „Motorsteuergerät zum Positionieren von Werkzeugmaschinen“ an.1958 erteilte er das Patent.
1952 (August):Als Reaktion darauf meldete das MIT ein Patent für „Numerical Control Servo System“ an.
Nach dem Zweiten Weltkrieg unterzeichnete die US Air Force mehrere Verträge mit Parsons zur Weiterentwicklung der NC-Bearbeitungsinnovation ihres Gründers John Parsons.Parsons interessierte sich für die Experimente, die im Labor für Servomechanismen des MIT durchgeführt wurden, und schlug vor, dass das MIT 1949 ein Subunternehmer des Projekts werden sollte, um Fachwissen in der automatischen Steuerung bereitzustellen.In den nächsten 10 Jahren übernahm das MIT die Kontrolle über das gesamte Projekt, da die Vision der „dreiachsigen kontinuierlichen Bahnsteuerung“ des Servolabors das ursprüngliche Konzept von Parsons „Cut in Cutting Positioning“ ersetzte.Probleme prägen immer die Technologie, aber diese besondere Geschichte, die der Historiker David noble aufzeichnet, ist zu einem wichtigen Meilenstein in der Geschichte der Technologie geworden.
1952:MIT demonstrierte sein 7-Schienen-Lochbandsystem, das komplex und teuer ist (250 Vakuumröhren, 175 Relais, in fünf kühlschrankgroßen Schränken).
Die ursprüngliche CNC-Fräsmaschine des MIT im Jahr 1952 war Hydro Tel, ein modifiziertes 3-Achsen-Fräsmaschinenunternehmen aus Cincinnati.
Es gibt sieben Artikel über „selbstregulierende Maschine, die eine wissenschaftliche und technologische Revolution darstellt, die die Zukunft der Menschheit effektiv gestalten wird“ in der Zeitschrift „Automatic Control“ von Scientific American im September 1952.
1955:Concord Controls (bestehend aus Mitgliedern des ursprünglichen MIT-Teams) erstellte Numericard, die das perforierte Band auf MIT-NC-Maschinen durch das von GE entwickelte Bandlesegerät ersetzten.
Bandspeicher
1958:Parsons erhielt das US-Patent 2820187 und verkaufte die exklusive Lizenz an Bendix.IBM, Fujitsu und General Electric erhielten alle Unterlizenzen, nachdem sie mit der Entwicklung ihrer eigenen Maschinen begonnen hatten.
1958:Das MIT veröffentlichte einen Bericht über NC-Ökonomie, der zu dem Schluss kam, dass die aktuelle NC-Maschine nicht wirklich Zeit spart, sondern die Arbeitskräfte von der Fabrikwerkstatt zu den Leuten verlagert, die perforierte Bänder herstellen.
Postzeit: 19. Juli 2022