Būtībā darbgaldi ir rīks mašīnai, lai vadītu instrumenta ceļu — nevis ar tiešu, manuālu vadību, piemēram, manuāliem instrumentiem un gandrīz visiem cilvēka darbarīkiem, līdz cilvēki izgudroja darbgaldu.
Ciparvadība (NC) attiecas uz programmējamas loģikas (dati burtu, ciparu, simbolu, vārdu vai kombināciju veidā) izmantošanu, lai automātiski kontrolētu apstrādes rīkus. Pirms tā parādīšanās apstrādes rīkus vienmēr kontrolēja manuālie operatori.
Datora ciparu vadība (CNC) attiecas uz precīzi kodētu instrukciju nosūtīšanu apstrādes instrumenta vadības sistēmas mikroprocesoram, lai uzlabotu precizitāti un konsekvenci. CNC, par kuru mūsdienās runā gandrīz visi, attiecas uz frēzmašīnām, kas savienotas ar datoriem. Tehniski runājot, to var izmantot, lai aprakstītu jebkuru mašīnu, kuru kontrolē dators.
Pagājušajā gadsimtā daudzi izgudrojumi ir likuši pamatu CNC darbgaldu attīstībai. Šeit mēs aplūkojam četrus ciparu vadības tehnoloģijas attīstības pamatelementus: agrīnos darbgaldus, perfokartes, servo mehānismus un automātiskās programmēšanas rīku (APT) programmēšanas valodu.
Agrīnie darbgaldi
Otrās industriālās revolūcijas laikā Lielbritānijā Džeimss Vats tika slavēts par tvaika dzinēja izveidi, kas vadīja rūpniecisko revolūciju, taču viņam radās grūtības ar tvaika dzinēju cilindru precizitātes ražošanu līdz 1775. gadam, Džons Džonvilkinsons radīja tā dēvēto pasaulē pirmo darbgaldu. tvaika dzinēju cilindru urbšanai un tika atrisināts. Šo urbšanas mašīnu ir izstrādājis arī Vilkinsons, pamatojoties uz viņa oriģinālo lielgabalu;
Perfokarte
Interesanti, ka žakarda stellēm tolaik pretojās zīda audējas, kuras bažījās, ka šī automatizācija atņems viņiem darbu un iztikas līdzekļus. Viņi vairākkārt sadedzināja ražošanā nodotās stelles; Tomēr to pretestība izrādījās veltīga, jo nozare atzina automatizēto stelļu priekšrocības. Līdz 1812. gadam Francijā tika izmantotas 11 000 žakarda stelles.
Perfokartes tika izstrādātas 1800. gadu beigās un tika izmantotas daudzos veidos, sākot no telegrāfa līdz automātiskajām klavierēm. Lai gan mehānisko vadību noteica agrīnās kārtis, amerikāņu izgudrotājs Hermans Hollerits radīja elektromehānisko perfokaršu tabulatoru, kas mainīja spēles noteikumus. Viņa sistēma tika patentēta 1889. gadā, kad viņš strādāja ASV Tautas skaitīšanas birojā.
Hermanis Holleriths 1896. gadā nodibināja tabulatoru uzņēmumu un apvienojās ar četriem citiem uzņēmumiem, lai 1924. gadā izveidotu IBM. 20. gadsimta otrajā pusē perfokartes pirmo reizi tika izmantotas datu ievadei un datoru un ciparu vadības iekārtu glabāšanai. Sākotnējā formātā ir piecas caurumu rindas, savukārt nākamajās versijās ir sešas, septiņas, astoņas vai vairāk rindas.
Servo mehānisms
Pirmo elektrisko servomehānismu dibināja H. kalendārs Lielbritānijā 1896. gadā. Līdz 1940. gadam MIT izveidoja īpašu servomehānismu laboratoriju, kuras pamatā bija Elektrotehnikas katedras pieaugošā uzmanība šai tēmai. CNC apstrādē servo sistēma ir ļoti svarīga, lai sasniegtu automātiskās apstrādes procesa nepieciešamo pielaides precizitāti.
Automātiskais programmēšanas rīks (APT)
Automātiskās programmēšanas rīks (APT) dzimis Masačūsetsas Tehnoloģiju institūta servomehānisma laboratorijā 1956. gadā. Tas ir radošs datoru lietojumprogrammu grupas sasniegums. Tā ir ērti lietojama augsta līmeņa programmēšanas valoda, ko īpaši izmanto, lai ģenerētu instrukcijas CNC darbgaldiem. Sākotnējā versija bija agrāka nekā FORTRAN, bet vēlākās versijas tika pārrakstītas ar Fortran.
Apt is a language created to work with MIT's first NC machine, which is the world's first NC machine. Tad tas turpināja kļūt par datorkontrolētu darbgaldu programmēšanas standartu, un to plaši izmantoja 70. gados. Vēlāk APT attīstību sponsorēja Gaisa spēki un galu galā tika atvērta civilā sektorā.
Datoru lietojumprogrammu grupas vadītājs Duglass T. Ross ir pazīstams kā apt. Vēlāk viņš ieviesa terminu “datorizēta projektēšana” (CAD).
Pirms CNC darbgaldu parādīšanās pirmā ir CNC darbgaldu un pirmo CNC darbgaldu izstrāde. Lai gan dažādos vēsturisko detaļu aprakstos ir dažas atšķirības, pirmais CNC darbgalds ir ne tikai atbilde uz īpašajām ražošanas problēmām, ar kurām saskaras militārpersonas, bet arī dabiska perfokaršu sistēmas attīstība.
"Digitālā vadība iezīmē otrās industriālās revolūcijas sākumu un zinātnes laikmeta atnākšanu, kurā mašīnu un rūpniecisko procesu vadība mainīsies no neprecīziem melnrakstiem uz precīziem." – Ražošanas inženieru asociācija.
Amerikāņu izgudrotājs Džons T. Pārsons (1913–2007) tiek plaši uzskatīts par ciparu vadības tēvu. Viņš izdomāja un ieviesa ciparu vadības tehnoloģiju ar lidmašīnu inženiera Frenka L. Stūlena palīdzību. Būdams Mičiganas ražotāja dēls, Pārsons 14 gadu vecumā sāka strādāt par montieri sava tēva rūpnīcā. Vēlāk viņam piederēja un pārvaldīja vairākas ražošanas rūpnīcas ģimenes uzņēmuma Parsons ražošanas uzņēmumā.
Parsonsam ir pirmais NC patents, un viņš tika izvēlēts Nacionālajā izgudrotāju slavas zālē par savu novatorisko darbu ciparu vadības jomā. Pārsonsam kopumā ir 15 patenti, un vēl 35 ir piešķirti viņa uzņēmumam. Ražošanas inženieru biedrība 2001. gadā intervēja Pārsonsu, lai ikviens uzzinātu viņa stāstu no viņa perspektīvas.
Agrīnais NC grafiks
1942:Džons T. Pārsons noslēdza apakšlīgumu ar Sikorsky Aircraft, lai ražotu helikoptera rotoru lāpstiņas.
1944:spārnu sijas konstrukcijas defekta dēļ sabojājās viens no pirmajiem 18 viņu ražotajiem lāpstiņām, kā rezultātā gāja bojā pilots. Pārsonsa ideja ir caurdurt rotora lāpstiņu ar metālu, lai padarītu to stiprāku, un nomainīt līmi un skrūves, lai nostiprinātu mezglu.
1946:cilvēki vēlējās izveidot ražošanas rīku, lai precīzi ražotu asmeņus, kas tā laika apstākļiem bija milzīgs un sarežģīts izaicinājums. Tāpēc Pārsons nolīga lidmašīnas inženieri Frenku Stūlenu un izveidoja inženieru komandu ar vēl trim cilvēkiem. Stūlens domāja izmantot IBM perfokartes, lai noteiktu slodzes līmeni uz asmens, un viņi šim projektam noīrēja septiņas IBM mašīnas.
1948. gadā mērķis viegli mainīt automātisko darbgaldu kustību secību tika sasniegts divos galvenajos veidos – salīdzinājumā ar tikai fiksētas kustību secības iestatīšanu – un tiek īstenots divos galvenajos veidos: marķiera vadība un digitālā vadība. Kā redzam, pirmajam ir jāizveido objekta fiziskais modelis (vai vismaz pilnīgs zīmējums, piemēram, Sinsinati kabeļu tracera hidroenerģijas tālrunis). Otrais ir nevis pabeigt objekta vai daļas attēlu, bet tikai to abstrahēt: matemātiskie modeļi un mašīnas instrukcijas.
1949. gads:ASV gaisa spēkiem nepieciešama īpaši precīzas spārnu struktūras palīdzība. Pārsons pārdeva savu CNC mašīnu un ieguva līgumu 200 000 USD vērtībā, lai tas kļūtu par realitāti.
1949. gads:Parsons un Stulēns ir sadarbojušies ar Snyder Machine & Tool Corp., lai izstrādātu mašīnas, un saprata, ka viņiem ir nepieciešami servomotori, lai mašīnas darbotos precīzi. Parsons noslēdza apakšlīgumu par “card-a-matic frēzmašīnas” servo sistēmu Masačūsetsas Tehnoloģiju institūta servomehānisma laboratorijai.
1952. gads (maijs): Pārsons iesniedza pieteikumu patentam “motora vadības ierīcei pozicionēšanas darbgaldiem”. Patentu viņš piešķīra 1958. gadā.
1952. gads (augusts):atbildot uz to, MIT pieteicās patentam "ciparu vadības servo sistēmai".
Pēc Otrā pasaules kara ASV gaisa spēki parakstīja vairākus līgumus ar Parsons, lai turpinātu attīstīt NC apstrādes inovāciju, ko izstrādājis tās dibinātājs Džons Pārsons. Pārsons interesējās par eksperimentiem, kas tiek veikti MIT servomehānismu laboratorijā, un ierosināja, lai MIT 1949. gadā kļūtu par projekta apakšuzņēmēju, lai nodrošinātu automātiskās vadības zināšanas. Nākamajos 10 gados MIT ieguva kontroli pār visu projektu, jo servo laboratorijas “trīs asu nepārtrauktas trajektorijas kontroles” vīzija aizstāja Parsonsa sākotnējo koncepciju “griešanas pozicionēšana”. Problēmas vienmēr veido tehnoloģiju, taču šis īpašais vēsturnieka Deivida Nobla pierakstīts stāsts ir kļuvis par svarīgu pavērsienu tehnoloģiju vēsturē.
1952:MIT demonstrēja savu 7 sliežu perforēto siksnu sistēmu, kas ir sarežģīta un dārga (250 vakuuma caurules, 175 releji, piecos ledusskapja izmēra skapjos).
MIT sākotnējā CNC frēzmašīna 1952. gadā bija hidro Tel, modificēta 3 asu Sinsinati frēzmašīnu kompānija.
Scientific American žurnālā “automātiskā kontrole” 1952. gada septembrī ir septiņi raksti par “pašregulējošu mašīnu, kas atspoguļo zinātnisku un tehnoloģisku revolūciju, kas efektīvi veidos cilvēces nākotni”.
1955:Concord vadīklas (ko veido MIT sākotnējās komandas locekļi) izveidoja ciparu karti, kas aizstāja perforēto lenti MIT NC mašīnās ar lentes lasītāju, ko izstrādāja GE.
Lentu uzglabāšana
1958:Pārsons ieguva ASV patentu 2820187 un pārdeva ekskluzīvo licenci uzņēmumam Bendix. IBM, Fujitsu un General Electric ieguva apakšlicences pēc tam, kad viņi sāka izstrādāt savas mašīnas.
1958:MIT publicēja ziņojumu par NC ekonomiku, kurā secināts, ka pašreizējā NC iekārta nav īsti ietaupījusi laiku, bet gan pārcēla darbaspēku no rūpnīcas ceha uz cilvēkiem, kas izgatavoja perforētās jostas.
Izlikšanas laiks: 19. jūlijs 2022