U biti, alatni stroj je alat za stroj koji vodi putanju alata – ne izravnim, ručnim navođenjem, kao što su ručni alati i gotovo svi ljudski alati, sve dok ljudi nisu izumili alatni stroj.
Numeričko upravljanje (NC) odnosi se na korištenje programabilne logike (podaci u obliku slova, brojeva, simbola, riječi ili kombinacija) za automatsko upravljanje alatima za obradu. Prije nego što su se pojavili, alatima za obradu uvijek su upravljali ručni operateri.
Računalno numeričko upravljanje (CNC) odnosi se na slanje točno kodiranih instrukcija mikroprocesoru u sustavu upravljanja alatom za obradu, kako bi se poboljšala točnost i dosljednost. CNC o kojem se danas govori gotovo se sav odnosi na glodalice povezane s računalima. Tehnički govoreći, može se koristiti za opisivanje bilo kojeg stroja kojim upravlja računalo.
U prošlom stoljeću mnogi su izumi postavili temelje za razvoj CNC alatnih strojeva. Ovdje promatramo četiri osnovna elementa razvoja tehnologije numeričkog upravljanja: rane alatne strojeve, bušene kartice, servo mehanizme i programski jezik alata za automatsko programiranje (APT).
Rani alatni strojevi
Tijekom druge industrijske revolucije u Britaniji, James Watt je hvaljen za stvaranje parnog stroja koji je pokrenuo industrijsku revoluciju, ali je naišao na poteškoće u proizvodnji točnosti cilindara parnog stroja sve dok 1775. John Johnwilkinson nije stvorio ono što je poznato kao prvi svjetski alatni stroj za dosadne cilindre parnog stroja i riješen je. Ovaj dosadni stroj također je dizajnirao Wilkinson na temelju svog originalnog topa;
Bušena kartica
Godine 1725. Basile bouchon, francuski tekstilni radnik, izumio je metodu upravljanja tkalačkim stanovima korištenjem kodiranih podataka na papirnatim trakama kroz niz rupa. Iako je revolucionarna, očita je i mana ove metode, a to je da i dalje treba operatere. Godine 1805. Joseph Marie Jacquard usvojio je ovaj koncept, ali je ojačan i pojednostavljen upotrebom jačih bušenih kartica poredanih u slijedu, čime je automatiziran proces. Ove se bušene kartice naširoko smatraju osnovom modernog računalstva i označavaju kraj industrije kućne radinosti u tkanju.
Zanimljivo je da su se tkalački svile u to vrijeme opirali tkalačkim stanovima za žakard, koji su se brinuli da će ih ova automatizacija lišiti poslova i sredstava za život. Više puta su spaljivali tkalačke stanove puštene u proizvodnju; Međutim, njihov se otpor pokazao uzaludnim, jer je industrija prepoznala prednosti automatiziranih tkalačkih stanova. Do 1812. u Francuskoj je bilo u upotrebi 11 000 tkalačkih stanova za žakard.
Bušene kartice razvijene su kasnih 1800-ih i imale su mnoge namjene, od telegrafa do automatskog klavira. Iako su mehaničku kontrolu odlučivale prve karte, američki izumitelj Herman Hollerith stvorio je elektromehanički tabulator bušenih kartica, koji je promijenio pravila igre. Njegov je sustav patentiran 1889. godine, kada je radio za američki Ured za popis stanovništva.
Herman Hollerith osnovao je tvrtku tabulator 1896. i spojio se s četiri druge tvrtke kako bi osnovao IBM 1924. U drugoj polovici 20. stoljeća, bušene kartice prvi put su korištene za unos i pohranu podataka u računalima i strojevima za numeričko upravljanje. Izvorni format ima pet redova rupa, dok kasnije verzije imaju šest, sedam, osam ili više redova.
Servo mehanizam
Servo mehanizam je automatski uređaj koji koristi induktivnu povratnu informaciju o pogrešci za ispravljanje performansi stroja ili mehanizma. U nekim slučajevima servo omogućuje upravljanje uređajima velike snage pomoću uređaja puno manje snage. Servo mehanizam se sastoji od upravljanog uređaja, drugog uređaja koji daje naredbe, instrumenta za otkrivanje grešaka, pojačala signala greške i uređaja (servo motora) koji ispravlja greške. Servo sustavi se obično koriste za upravljanje varijablama kao što su položaj i brzina, a najčešći su električni, pneumatski ili hidraulički.
Prvi električni servo mehanizam utemeljio je H. calendar u Britaniji 1896. Do 1940. MIT je stvorio poseban laboratorij za servo mehanizme, koji je proizašao iz sve veće pozornosti Odjela za elektrotehniku ovoj temi. U CNC obradi, servo sustav je vrlo važan za postizanje točnosti tolerancije koju zahtijeva automatski proces obrade.
Alat za automatsko programiranje (APT)
Alat za automatsko programiranje (APT) rođen je u Laboratoriju za servo mehanizme Massachusetts Institute of Technology 1956. godine. To je kreativno postignuće grupe za primjenu računala. To je programski jezik visoke razine jednostavan za korištenje, koji se posebno koristi za generiranje uputa za CNC alatne strojeve. Izvorna verzija bila je starija od FORTRAN-a, ali kasnije verzije su prepisane pomoću Fortran-a.
Apt je jezik stvoren za rad s prvim NC strojem MIT-a, koji je prvi NC stroj na svijetu. Zatim je nastavio postajati standard računalno upravljanog programiranja alatnih strojeva, te je široko korišten 1970-ih. Kasnije su razvoj apt-a sponzorirale zračne snage i na kraju je otvoren za civilni sektor.
Douglas T. Ross, voditelj grupe za računalne aplikacije, poznat je kao otac apt. Kasnije je skovao izraz "projektiranje potpomognuto računalom" (CAD).
Rođenje numeričke kontrole
Prije pojave CNC alatnih strojeva, prvi je razvoj CNC alatnih strojeva i prvih CNC alatnih strojeva. Iako postoje neke razlike u različitim opisima povijesnih detalja, prvi CNC alatni stroj nije samo odgovor na specifične proizvodne izazove s kojima se suočava vojska, već i prirodni razvoj sustava bušenih kartica.
“Digitalna kontrola označava početak druge industrijske revolucije i dolazak znanstvene ere u kojoj će se kontrola strojeva i industrijskih procesa promijeniti s nepreciznih nacrta na precizne.” - Udruženje inženjera proizvodnje.
Američki izumitelj John T. Parsons (1913. – 2007.) naširoko se smatra ocem numeričkog upravljanja. Osmislio je i implementirao tehnologiju numeričkog upravljanja uz pomoć zrakoplovnog inženjera Franka L. Stulena. Kao sin proizvođača u Michiganu, Parsons je počeo raditi kao sastavljač u tvornici svog oca u dobi od 14. godine. Kasnije je posjedovao i upravljao brojnim proizvodnim pogonima u okviru tvrtke za proizvodnju obiteljskog poslovanja Parsons.
Parsons ima prvi NC patent i izabran je u Nacionalnu kuću slavnih izumitelja zbog svog pionirskog rada na području numeričkog upravljanja. Parsons ima ukupno 15 patenata, a još 35 pripada njegovom poduzeću. Društvo proizvodnih inženjera intervjuiralo je Parsonsa 2001. kako bi svi upoznali njegovu priču iz njegove perspektive.
Rani NC raspored
1942.:John T. Parsons bio je podizvođač od strane Sikorsky Aircrafta za proizvodnju lopatica rotora helikoptera.
1944.:zbog greške u dizajnu grede krila, jedna od prvih 18 lopatica koje su proizveli otkazala je, što je rezultiralo smrću pilota. Parsonsova ideja je probušiti lopaticu rotora metalom kako bi bila jača i zamijeniti ljepilo i vijke za pričvršćivanje sklopa.
1946.:ljudi su željeli stvoriti proizvodni alat za preciznu proizvodnju oštrica, što je bio ogroman i složen izazov za tadašnje uvjete. Stoga je Parsons angažirao zrakoplovnog inženjera Franka Stulena i formirao inženjerski tim s još troje ljudi. Stulen je razmišljao o korištenju IBM-ovih bušenih kartica za određivanje razine naprezanja na oštrici, pa su za taj projekt unajmili sedam IBM-ovih strojeva.
Godine 1948. cilj je lako mijenjati slijed pokreta automatskih strojnih alata postignut je na dva glavna načina - u usporedbi s samo postavljanjem fiksnog slijeda pokreta - i provodi se na dva glavna načina: kontrola tragača i digitalna kontrola. Kao što vidimo, prvi mora napraviti fizički model objekta (ili barem potpuni crtež, poput Cincinnati Cable Cable Tracer hidroenergetskog telefona). Drugi nije dovršiti sliku predmeta ili dijela, već samo apstrahirati: matematički modeli i strojne upute.
1949:američke zračne snage trebaju pomoć ultraprecizne strukture krila. Parsons je prodao svoj CNC stroj i dobio ugovor vrijedan 200 000 dolara kako bi ga ostvario.
1949:Parsons i Stulen surađivali su sa Snyder machine & tool Corp. na razvoju strojeva i shvatili su da im trebaju servo motori kako bi strojevi radili točno. Parsons je podugovarao servo sustav "card-a-matic glodalice" Laboratoriju za servo mehanizme Massachusetts Institute of Technology.
1952. (svibanj): Parsons je prijavio patent za "uređaj za upravljanje motorom za pozicioniranje alatnih strojeva". Patent je odobrio 1958.
1952. (kolovoz):kao odgovor, MIT je prijavio patent za "numerički upravljački servo sustav".
Nakon Drugog svjetskog rata, američko ratno zrakoplovstvo potpisalo je nekoliko ugovora s Parsonsom za daljnji razvoj inovacije NC strojne obrade koju je napravio njegov osnivač John Parsons. Parsons je bio zainteresiran za eksperimente koji se provode u Laboratoriju za servo mehanizme MIT-a i predložio je da MIT postane podizvođač projekta 1949. kako bi osigurao stručnost u automatskom upravljanju. U sljedećih 10 godina, MIT je preuzeo kontrolu nad cijelim projektom, jer je vizija "troosne kontinuirane kontrole putanje" servo laboratorija zamijenila Parsonsov originalni koncept "rezanja u reznom pozicioniranju". Problemi uvijek oblikuju tehnologiju, ali ova posebna priča koju je zabilježio povjesničar David Noble postala je važna prekretnica u povijesti tehnologije.
1952:MIT je pokazao njihov perforirani sustav pojasa od 7 trake, koji je složen i skup (250 vakuumskih cijevi, 175 releja, u pet ormara veličine hladnjaka).
Originalna CNC glodalica MIT-a iz 1952. bila je hydro Tel, tvrtka za modificirane 3-osne glodalice iz Cincinnatija.
Postoji sedam članaka o "samoregulirajućem stroju, koji predstavlja znanstvenu i tehnološku revoluciju koja će učinkovito oblikovati budućnost čovječanstva" u časopisu "automatsko upravljanje" Scientific Americana u rujnu 1952.
1955:Kontrola Concorda (sastavljena od članova izvornog tima MIT-a) stvorila je numeričku karticu, koja je zamijenila perforiranu traku na MIT NC strojevima s čitačem trake koji je razvio GE.
Pohrana trake
1958:Parsons je dobio američki patent 2820187 i prodao ekskluzivnu licencu Bendixu. IBM, Fujitsu i General Electric dobili su podlicence nakon što su počeli razvijati vlastite strojeve.
1958:MIT je objavio izvješće o NC Economics -u, koje je zaključilo da trenutni NC stroj zapravo nije uštedio vrijeme, već je radnu snagu prenio iz tvorničke radionice na ljude koji su napravili perforirane pojaseve.
Vrijeme objave: 19. srpnja 2022