Historie numerického řízení - History of numerical control - Wikipedia

Historie numerické ovládání (NC) začala, když automatizace z strojové nástroje nejprve začlenil koncepty abstraktně programovatelné logiky a dnes pokračuje pokračujícím vývojem technologie počítačové numerické kontroly (CNC).

První NC stroje byly postaveny ve 40. a 50. letech na základě stávajících nástrojů, které byly upraveny pomocí motorů, které pohybovaly ovládacími prvky tak, aby sledovaly body přiváděné do systému na děrovaná páska. Tyto časné servomechanismy byly rychle rozšířeny o analogové a digitální počítače a vytvořily moderní CNC obráběcí stroje, které způsobily revoluci obrábění procesy.

Dřívější formy automatizace

Vačky

CNC panel Siemens.

Automatizace řízení obráběcích strojů začala v 19. století s vačky že „hrálo“ na obráběcím stroji tak, jak to vačky dlouho hrály hudební skříňky nebo provozní komplikované kukačkové hodiny. Thomas Blanchard postavil své soustruhy na kopírování zbraní (20. – 30. léta 20. století) a dílo lidí jako např Christopher Miner Spencer vyvinul revolverový soustruh do šroubovací stroj (70. léta 18. století). Kamerová automatizace již dosáhla velmi pokročilého stavu do roku první světová válka (10. léta 20. století).

Automatizace pomocí vaček se však zásadně liší od numerického řízení, protože ji nelze abstraktně naprogramovat. Kamery mohou kódovat informace, ale získávají informace z abstraktní úrovně (technický výkres, CAD model nebo jiný záměr návrhu) do vačky je ruční proces, který vyžaduje obrábění nebo podání. Naproti tomu numerické řízení umožňuje přenos informací z konstrukčního záměru do řízení stroje pomocí abstrakcí, jako jsou čísla a programovací jazyky.

Během 19. století existovaly různé formy abstraktně programovatelného ovládání: Žakárský tkalcovský stav, hráčská piana, a mechanické počítače průkopníkem Charles Babbage a další. Tento vývoj měl potenciál konvergence s automatizací řízení obráběcích strojů, která začala v tomto století, ale ke konvergenci došlo až o mnoho desetiletí později.

Sledovací ovládání

Aplikace hydraulika automatizace založená na vačce vyústila v trasování strojů, které pomocí stylusu sledovaly šablonu, například enormní Pratt & Whitney „Keller Machine“, který dokázal kopírovat šablony několik stop napříč.[1] Dalším přístupem bylo „nahrávání a přehrávání“, které bylo průkopníkem General Motors (GM) v padesátých letech minulého století, který pomocí paměťového systému zaznamenal pohyby lidského strojníka a poté je na vyžádání přehrával. Analogické systémy jsou běžné i dnes, zejména „učební soustruh“, který dává novým strojníkům praktický pocit procesu. Žádný z nich však nebyl numericky programovatelný a vyžadoval v určitém okamžiku procesu zkušeného strojníka, protože „programování“ bylo spíše fyzické než numerické.

Servos a synchros

Jednou z překážek úplné automatizace byly požadované tolerance procesu obrábění, které jsou běžně v řádu tisíciny palce. Ačkoli bylo připojení nějakého ovládacího prvku k úložnému zařízení, jako jsou děrné štítky, snadné, dalším problémem bylo zajistit, aby byly ovládací prvky přesunuty do správné polohy s požadovanou přesností. Pohyb nástroje vedl k měnícím se silám na ovládací prvky, což by znamenalo, že lineární vstup by neměl za následek lineární pohyb nástroje. Jinými slovy, ovládání jako u žakárského tkalcovského stavu nemohlo pracovat na obráběcích strojích, protože jeho pohyby nebyly dostatečně silné; řezaný kov proti němu „bojoval“ větší silou, než jaká mohla správně čelit.

Klíčovým vývojem v této oblasti bylo zavedení servomechanismus, který produkoval silný, kontrolovaný pohyb s vysoce přesnými informacemi o měření. Spojením dvou serv dohromady vzniklo a synchro, kde pohyby vzdáleného serva přesně odpovídaly jinému. Pomocí různých mechanických nebo elektrických systémů lze číst výstup synchros, aby se zajistilo, že došlo k řádnému pohybu (jinými slovy, vytvoření uzavřená smyčka kontrolní systém).

První vážný návrh, že pro řízení obrábění lze použít synchros, podal Ernst F. W. Alexanderson, švédský imigrant do USA pracující v General Electric (GE). Alexanderson pracoval na problému zesílení točivého momentu, který umožňoval malému výstupu mechanického počítače pohánět velmi velké motory, které GE používala jako součást většího kladení zbraně systém pro Americké námořnictvo lodě. Stejně jako obrábění vyžaduje kladení zbraní velmi vysokou přesnost - zlomky stupně - a síly během pohybu střeleckých věží byly nelineární, zejména když se lodě vlnily.[2]

V listopadu 1931 Alexanderson navrhl oddělení průmyslového inženýrství, že stejné systémy by mohly být použity k pohonu vstupů obráběcích strojů, což mu umožnilo sledovat obrys šablony bez silného fyzického kontaktu potřebného pro stávající nástroje, jako je Kellerův stroj. Uvedl, že šlo o „záležitost přímého technického vývoje“.[2] Koncept však předběhl dobu od a rozvoj podnikání perspektiva a GE to nebrala vážně až o několik let později, když ostatní byli průkopníkem v oboru.

Parsons Corp. a Sikorsky

Narození NC se obecně připisuje John T. Parsons a Frank L. Stulen,[3] pracuje v Parsons Corp. v Traverse City v Michiganu. Za tento příspěvek jim byla v roce 1985 společně udělena Národní medaile za technologii „Revoluční výroba automobilů a letadel s numerickým řízením pro stroje“.[4]

V roce 1942 bylo Parsonovi řečeno vrtulníky se stane „další velkou věcí“ bývalého šéfa Ford Trimotor produkce, Bill Stout. On zavolal Sikorsky Aircraft informovat se o možné práci a brzy dostal zakázku na stavbu dřevěného nosítka v čepele vrtule. V té době byly listy rotoru (rotační křídla) vyráběny stejným způsobem, jaký byl fixován křídla byly, skládající se z dlouhé trubkové oceli živec s podélníky (nebo přesněji) žebra ) nastavili na ně, aby poskytli aerodynamický tvar, který byl poté zakryt a namáhaná kůže. Nosníky pro rotory byly vyrobeny z designu poskytnutého Sikorskym, který byl zaslán Parsonovi jako série 17 bodů definujících obrys. Parsons poté musel „vyplnit“ tečky a Francouzská křivka vygenerovat obrys. Z vnější strany obrysu byl vytvořen dřevěný přípravek a kusy dřeva tvořící nosník byly umístěny pod tlakem proti vnitřku přípravku, aby vytvořily správnou křivku. Série krov členové byli poté shromážděni uvnitř tohoto obrysu, aby poskytli sílu.[5]

Po zahájení výroby v nepoužívané továrně na nábytek a zvýšení výroby došlo k selhání jednoho z nožů a bylo zjištěno, že v nosníku byl problém. Zdálo se, že alespoň část problému pramení z bodového svařování kovového límce na nosníku na kovovém nosníku. Límec byl během konstrukce zabudován do nosníku, poté nasunut na nosník a přivařen do správné polohy. Parsons navrhl nový způsob připevnění nosníků přímo k nosníku pomocí lepidel, nikdy předtím vyzkoušený na konstrukci letadla.[5]

Tento vývoj vedl Parsonsa k tomu, aby zvážil možnost použít místo dřeva lisované kovové nosníky. Ty by byly nejen mnohem silnější, ale také mnohem snadněji vyrobitelné, protože by eliminovaly složité rozložení a lepení a šroubování na dřevo. Duplikování tohoto v kovovém razníku by vyžadovalo, aby byl dřevěný přípravek nahrazen kovovým řezacím nástrojem vyrobeným z nástrojová ocel. Takové zařízení by nebylo snadné vyrobit vzhledem ke složitému obrysu. Hledal nápady a Parsons navštívil Wright Field Frank L. Stulen, vedoucí pobočky vrtulového křídla vrtule. Během jejich rozhovoru dospěl Stulen k závěru, že Parsons opravdu nevěděl, o čem mluví. Parsons si uvědomil, že Stulen dospěl k tomuto závěru, a najal ho na místě. Stulen zahájil práci 1. dubna 1946 a najal si k němu tři nové inženýry.[5]

Stulenův bratr pracoval ve společnosti Curtis Wright Propeller a zmínil, že používají děrný štítek kalkulačky pro technické výpočty. Stulen se rozhodl přijmout myšlenku provádět výpočty napětí na rotorech, první podrobné automatické výpočty na rotorech vrtulníků.[5] Když Parsons viděl, co Stulen dělá se stroji s děrnými štítky, zeptal se Stulena, zda by mohly být použity k vygenerování obrysu s 200 body namísto 17, které dostali, a každý bod posunul o poloměr frézovacího nástroje. Pokud řezáte v každém z těchto bodů, vyprodukuje by to relativně přesný výřez nosítka. To by mohlo řezat nástrojovou ocel a pak ji snadno pilovat na hladkou šablonu pro ražení kovových nosníků.[5]

Stullen neměl problém s vytvořením takového programu a použil jej k výrobě velkých číselných tabulek, které by byly přeneseny na podlahu stroje. Zde jeden operátor přečetl čísla z grafů dvěma dalším operátorům, jednom na každé z os X a Y. Pro každou dvojici čísel by operátoři přesunuli řezací hlavu na určené místo a poté nástroj spustili, aby provedli řez.[5] Tomu se říkalo „metoda podle čísel“, nebo odborněji řečeno, „ponorné řezání polohy“.[6] Jednalo se o pracovně náročný prototyp dnešního 2,5osého obrábění (dva a půlosé obrábění).

Děrujte karty a nejprve vyzkoušejte NC

V tom okamžiku Parsons vymyslel plně automatizovaný obráběcí stroj. S dostatečným počtem bodů na obrysu by nebylo potřeba žádné ruční práce, aby se to vyčistilo. Avšak při ručním ovládání byl čas ušetřený tím, že se součást více shodovala s obrysem, vyrovnán časem potřebným k pohybu ovládacích prvků. Pokud by byly vstupy zařízení připojeny přímo ke čtečce karet, bylo by toto zpoždění a všechny související manuální chyby odstraněny a počet bodů by mohl být dramaticky zvýšen. Takový stroj dokázal na příkaz opakovaně vysekávat dokonale přesné šablony. V té době však Parsons neměl prostředky na rozvoj svých myšlenek.

Když byl jeden z Parsonsových prodavačů na návštěvě u Wright Field, bylo mu řečeno o problémech nově vzniklých Americké letectvo měl s novými tryskovými motory. Zeptal se, jestli má Parsons něco, co by jim pomohlo. Ukázal Parsons Lockheed jejich představa automatizovaného mlýna, ale nezajímali se. Rozhodli se použít 5osé kopírovací stroje na výrobu šablon, řezání z kovové šablony, a již si objednali drahý řezací stroj. Ale jak poznamenal Parsons:

Nyní si na minutu jen představte situaci. Lockheed uzavřel smlouvu na konstrukci stroje na výrobu těchto křídel. Tento stroj měl pět os pohybu nože a každá z nich byla sledována pomocí šablony. Nikdo nepoužíval mou metodu výroby šablon, tak si jen představte, jakou šanci budou mít na vytvoření přesného tvaru profilu křídla s nepřesnými šablonami.[5]

Parsonovy obavy se brzy naplnily a Lockheedovy protesty, že by mohli problém vyřešit, nakonec zazněly prázdně. V roce 1949 letectvo zařídilo financování pro Parsonse, aby mohl své stroje postavit sám.[5] Raná práce se společností Snyder Machine & Tool Corp prokázala, že systém přímého pohonu ovládacích prvků z motorů nedokázal poskytnout přesnost potřebnou k nastavení hladkého řezu. Vzhledem k tomu, že mechanické ovládací prvky nereagovaly lineárně, nemohli jste je jednoduše řídit daným množstvím energie, protože rozdílné síly znamenaly, že stejné množství energie nebude vždy produkovat stejné množství pohybu v ovládacích prvcích. Bez ohledu na to, kolik bodů jste zahrnuli, obrys by byl stále hrubý. Parsons byl konfrontován stejný problém která zabránila konvergenci ovládacích prvků typu Jacquard s obráběním.

První komerční numericky řízený stroj

V roce 1952 Arma Corporation který během války provedl mnoho obranných dálkoměrů, oznámil první komerční číslicově řízený soustruh vyvinutý Dr. F. W. Cunninghamem. První automatický soustruh Arma byl vyroben v roce 1948 a vyhlášen v roce 1950.[7][8][9]

Parsons Corp. a MIT

To nebyl nemožný problém k vyřešení, ale vyžadovalo by to nějaký systém zpětné vazby, jako a selsyn přímo měřit, jak daleko se ovládací prvky skutečně otočily. Tváří v tvář skličujícímu úkolu vybudovat takový systém se Parsons na jaře 1949 obrátil na Gordon S. Brown je Laboratoř servomechanismů na MIT, který byl světovým lídrem v oblasti mechanických výpočetních systémů a systémů zpětné vazby.[10] Během války laboratoř vybudovala řadu složitých motorem poháněných zařízení, jako byly systémy motorových dělových věží pro Boeing B-29 Superfortress a automatický sledovací systém pro SCR-584 radar. Byly přirozeně vhodné technologický přenos do prototypu automatizovaného Parsonsova stroje „podle počtu“.

Tým MIT vedl William Pease za pomoci Jamese McDonougha. Rychle dospěli k závěru, že Parsonsův design lze výrazně vylepšit; pokud stroj jednoduše neřezal na body A a B, ale místo toho se pohybovaly hladce mezi body, pak by nejen vytvořil dokonale hladký řez, ale mohl by to udělat s mnohem menším počtem bodů - fréza by mohla řezat čáry přímo, místo aby musela definovat velké množství řezných bodů, aby „simulovala“ čáru. Mezi Parsonsem, MIT a letectvem byla sjednána trojstranná dohoda a projekt oficiálně probíhal od července 1949 do června 1950.[11] Tato smlouva požadovala výstavbu dvou „frézovacích strojů Card-a-matic“, prototypu a výrobního systému. Oba mají být předány společnosti Parsons k připojení k jednomu z jejich mlýnů, aby bylo možné vyvinout dodávatelný systém pro řezání podélníků.

Místo toho v roce 1950 MIT koupil přebytek Společnost Cincinnati Milling Machine Company „Hydro-Tel“ vlastní mlýn a dohodli novou smlouvu přímo s letectvem, která Parsona zmrazila z dalšího vývoje.[5] Parsons později poznamenal, že „nikdy nesnil o tom, že by někdo tak renomovaný jako MIT záměrně pokračoval a převzal můj projekt.“[5] Navzdory vývoji, který byl předán MIT, Parsons dne 5. května 1952 požádal o patent na „Motorem řízené přístroje pro určování polohy obráběcího stroje“, což vyvolalo přihlášku MIT pro „Numerický řídicí servosystém“ dne 14. srpna 1952. Parsons obdržel americký patent 2 820 187[12] dne 14. ledna 1958 a společnost prodala exkluzivní licenci společnosti Bendix. IBM, Fujitsu a General Electric poté, co již zahájily vývoj svých vlastních zařízení, získaly sublicence.

Stroj MIT

MIT vybavil převody různým vstupům ručního kola a poháněl je válečkové řetězy připojen k motorům, jeden pro každou ze tří os stroje (X, Y a Z). Přidružený ovladač se skládal z pěti skříní velikosti chladničky, které byly dohromady téměř stejně velké jako mlýn, ke kterému byli připojeni. Tři skříně obsahovaly ovladače motorů, jeden ovladač pro každý motor, další dva digitální čtecí systém.[1]

Na rozdíl od Parsonsova původního designu děrovaných karet používal design MIT standardní 7-track děrovací páska pro vstup. Tři ze stop byly použity k ovládání různých os stroje, zatímco ostatní čtyři kódovaly různé řídicí informace.[1] Páska byla přečtena ve skříni, ve které bylo umístěno také šest relé -na základě hardwarové registry, dva pro každou osu. Při každé operaci čtení byl dříve čtený bod zkopírován do registru „počátečního bodu“ a nově načtený bod do registru „koncového bodu“.[1] Páska byla čtena nepřetržitě a počet v registrech se zvyšoval s každou dírou, která se vyskytla v jejich kontrolní stopě, dokud nebyla nalezena instrukce „stop“, čtyři otvory v řadě.

Konečná skříňka obsahovala hodiny, které vysílaly impulzy přes registry, porovnávaly je a generovaly výstupní impulsy, které se interpolovaly mezi body. Například pokud by byly body daleko od sebe, výstup by měl pulsy s každým hodinovým cyklem, zatímco těsně rozmístěné body by generovaly pulsy pouze po několika hodinových cyklech. Impulzy byly odeslány do sčítacího registru v motorových řadičích, které se při každém příjmu počítaly podle počtu pulzů. Sčítací registry byly připojeny k a digitální na analogový převodník který zvyšoval výkon motorů, jak se zvyšoval počet v registrech, takže se ovládací prvky pohybovaly rychleji.[1]

Registry byly sníženy kodéry připojenými k motorům a samotnému mlýnu, což by snížilo počet o jeden pro každý jeden stupeň otáčení. Jakmile bylo dosaženo druhého bodu, počitadlo by udržovalo nulu, pulsy z hodin by se zastavily a motory by se zastavily. Každé otočení ovládacích prvků o 1 stupeň vedlo k pohybu řezací hlavy o 0,0005 palce. Programátor mohl řídit rychlost řezu výběrem bodů, které byly blíže k sobě pro pomalé pohyby, nebo dále od sebe pro rychlé pohyby.[1]

Systém byl veřejně předveden v září 1952,[13] objevit se v tom měsíci Scientific American.[1] Systém MIT byl mimořádným úspěchem jakýchkoli technických opatření, kdy rychle provedl jakýkoli složitý řez s extrémně vysokou přesností, který nemohl být snadno duplikován ručně. Systém však byl strašně složitý, včetně 250 vakuové trubky, 175 relé a mnoho pohyblivých dílů, což snižuje jeho spolehlivost ve výrobním prostředí. Bylo to také drahé; celková částka předložená letectvu činila 360 000,14 USD (2 641 727,63 USD v roce 2005).[14] V letech 1952 až 1956 byl systém používán k vyfrézování řady jednorázových návrhů pro různé letecké společnosti, aby bylo možné studovat jejich potenciální ekonomický dopad.[15]

Šíření NC

Projekty numerické kontroly a frézování letectva byly formálně uzavřeny v roce 1953, ale vývoj pokračoval v Giddings a Lewis Machine Tool Co. a na dalších místech. V roce 1955 mnoho členů týmu MIT odešlo a vytvořilo Concord Controls, komerční NC společnost s podporou Giddingsa, vyrábějící Číselný záznam ovladač.[15] Numericord byl podobný designu MIT, ale vyměnil děrovací pásku za magnetická páska čtenář, na kterém General Electric pracoval. Páska obsahovala řadu signálů různých fází, které přímo kódovaly úhel různých ovládacích prvků. Páska byla přehrávána konstantní rychlostí v ovladači, který nastavoval svou polovinu selsynu na zakódované úhly, zatímco vzdálená strana byla připojena k ovládacím prvkům stroje. Designy byly stále zakódovány na papírovou pásku, ale pásky byly přeneseny do čtečky / zapisovače, která je převedla do magnetické formy. Magtapes by pak mohly být použity na kterémkoli ze strojů na podlaze, kde byla složitost ovladačů značně snížena. Numericord "NC5", vyvinutý pro výrobu vysoce přesných matric pro lis na stahování z letadla, byl uveden do provozu v závodě společnosti G&L v Fond du Lac, WI v roce 1955.[16]

Monarch Machine Tool také vyvinul numericky řízený soustruh od roku 1952. Svůj stroj předvedli na Chicago Machine Tool Show v roce 1955 (předchůdce dnešního IMTS ), spolu s řadou dalších prodejců se stroji na děrné štítky nebo papírové pásky, které byly buď plně vyvinuté, nebo v prototypové podobě. Mezi ně patřila Milearaukee-Matic II od společnosti Kearney & Trecker, která pod numerickou kontrolou mohla změnit svůj řezný nástroj,[16] společný rys na moderních strojích.

Zpráva Boeingu poznamenala, že „numerická kontrola prokázala, že může snížit náklady, zkrátit dodací lhůty, zlepšit kvalitu, snížit počet nástrojů a zvýšit produktivitu.“[16] Navzdory tomuto vývoji a zářícím recenzím od několika uživatelů byl příjem NC relativně pomalý. Jak později poznamenal Parsons:

Koncept NC byl pro výrobce tak podivný a tak pomalý, že se uchytil, že americká armáda nakonec musela postavit 120 NC strojů a pronajmout je různým výrobcům, aby začala popularizovat jeho použití.[5]

V roce 1958 MIT zveřejnila svou zprávu o ekonomice NC. Došli k závěru, že nástroje byly konkurenceschopné s lidskými operátory, ale jednoduše posunuly čas od obrábění k vytvoření pásků. v Síly výrobyNoble[17] tvrdí, že to byl celý bod, pokud jde o letectvo; přesunutí procesu z vysoce odborové továrny a do neorganizované bílý límeček konstrukční kancelář. Kulturní kontext počátku padesátých let, druhá Červené zděšení s rozšířeným strachem z a mezera bombardéru a domácí podvracení, osvětluje tuto interpretaci. Silně se obával, že Západ prohraje závod výroby obrany proti komunistům a že syndikalistická moc je cestou k prohře, buď „příliš měkkým“ (menší výkon, vyšší náklady na jednotku), nebo dokonce komunistickým soucitem a podvracení uvnitř odbory (vyplývající z jejich společného tématu zmocnění dělnické třídy).

Kromě toho, jaké ekonomické neefektivnosti se objevily první pokusy o NC, čas a úsilí potřebné při výrobě pásek také představovaly možnosti výrobních chyb. To by bylo motivací pro smlouvy letectva probíhající v roce 1958, jako je projekt Automatically Programmed Tool a zpráva, později projekt Computer-Aided Design: A Statement of Objectives 1960 of Douglas (Doug) T. Ross.

CNC dorazí

Mnoho příkazů pro experimentální části bylo naprogramováno „ručně“ tak, aby vznikly děrovací pásky, které byly použity jako vstup. Během vývoje Vichřice „Počítač MIT v reálném čase, John Runyon kódoval několik podprogramů, aby tyto pásky vyráběl pod kontrolou počítače. Uživatelé mohli zadat seznam bodů a rychlostí a program by vypočítal potřebné body a automaticky vygeneroval děrovací pásku. V jednom případě tento proces snížil čas potřebný k vytvoření seznamu instrukcí a frézování součásti z 8 hodin na 15 minut. To vedlo k návrhu letectva na vytvoření zobecněného „programovacího“ jazyka pro numerické řízení, který byl přijat v červnu 1956.[15] Doug Ross dostal vedení projektu a stal se vedoucím dalšího nově vytvořeného výzkumného oddělení MIT. Rozhodl se pojmenovat jednotku Computer Applications Group, která cítí, že slovo „aplikace“ odpovídá vizi, že univerzální stroje mohou být „naprogramovány“ tak, aby plnily mnoho rolí.[18]

Od září Ross a Pople nastínili jazyk pro řízení strojů, který byl založen na bodech a liniích a během několika let jej rozvinul do Programovací jazyk APT.[19] V roce 1957 Asociace leteckého průmyslu (AIA) a Velení leteckého materiálu na Wright-Patterson Air Force Base spojil se s MIT, aby standardizoval tuto práci a vytvořil plně počítačově řízený NC systém. Dne 25. února 1959 uspořádal spojený tým tiskovou konferenci s výsledky, včetně 3D obrobeného hliníkového popelníku, který byl rozdán v press kit.[15][20][21] V roce 1959 také popsali použití APT na 60 stopovém mlýně v Boeingu od roku 1957.

Mezitím, Patrick Hanratty vyvíjel podobný vývoj ve společnosti GE v rámci jejich partnerství se společností G&L na Numericord. Jeho jazyk, PRONTO, porazil APT pro komerční použití, když vyšlo v roce 1958.[22] Hanratty pak pokračoval ve vývoji MICR znaky magnetického inkoustu, které byly použity při zpracování šeků, než se přesunuly do společnosti General Motors, aby pracovaly na průkopnické práci DAC-1 CAD systém.

APT byl brzy rozšířen o „skutečné“ křivky ve 2D-APT-II. S jeho uvolněním do Veřejná doména Když se MIT přesunul do CAD experimentů, omezil své zaměření na NC. Vývoj APT byl zachycen na AIA v San Diegu a v roce 1962 Illinois Institute of Technology Research. Práce na vytvoření APT jako mezinárodního standardu byly zahájeny v roce 1963 pod USASI X3.4.7, ale všichni výrobci NC strojů mohli přidávat své vlastní jednorázové doplňky (jako PRONTO), takže standardizace nebyla dokončena až do roku 1968, kdy existovalo 25 volitelných doplňky do základního systému.[15]

V době, kdy byl APT vydán na počátku 60. let, se na trh dostávala druhá generace levnějších tranzistorových počítačů, které dokázaly zpracovat mnohem větší objemy informací v produkčním prostředí. To snížilo náklady na programování pro NC stroje a do poloviny šedesátých let tvořily běhy APT třetinu veškerého počítačového času u velkých leteckých společností.

CADCAM splňuje CNC

Příklad CAD CNC.

Zatímco laboratoř Servomechanisms byla v procesu vývoje svého prvního mlýna, v roce 1953 zrušilo oddělení strojního inženýrství MIT požadavek, aby vysokoškoláci absolvovali kurzy kreslení. Instruktoři, kteří dříve učili tyto programy, byli sloučeni do divize designu, kde začala neformální diskuse o počítačovém designu. Mezitím Laboratoř elektronických systémů, nově přejmenovaná Laboratoř servomechanismů, diskutovala o tom, zda design někdy v budoucnu začne s papírovými diagramy.[23]

V lednu 1959 se konalo neformální setkání, do kterého byli zapojeni jednotlivci z Laboratoře elektronických systémů i z konstrukční divize Oddělení strojírenství. V dubnu a květnu následovaly formální schůzky, které vyústily v „Computer-Aided Design Project“.[24] V prosinci 1959 letectvo vydalo ESL smlouvu na jeden rok na 223 000 $ na financování projektu, včetně 20 800 $ vyčleněných na 104 hodin počítačového času za 200 $ za hodinu.[25] To se ukázalo jako příliš málo pro ambiciózní program, který měli na mysli[25] V roce 1959 to bylo hodně peněz. Nově absolvovaní inženýři v té době vydělávali možná 500 až 600 USD měsíčně. Aby zvýšil závazek letectva, Ross zopakoval úspěch vývojového modelu APT. Program spolupráce AED, který nakonec trval pět let, měl externí korporátní zaměstnance, hluboce zkušené pracovní síly z půjčování od společností. Někteří se přestěhovali na MIT na půl roku na 14 nebo 18 měsíců najednou. Ross později odhadoval tuto hodnotu na téměř šest milionů dolarů na podporu vývojových prací AED, systémového výzkumu, kompilátorů. AED bylo strojově nezávislé softwarové inženýrství a rozšíření ALGOL 60, standardu pro publikaci algoritmů výzkumnými počítačovými vědci. Vývoj začal paralelně na IBM 709 a TX-0, které později umožnily běh projektů na různých místech. Inženýrský výpočet a systém vývoje systémů, AED, byl propuštěn do veřejné domény v březnu 1965.

V roce 1959 zahájila společnost General Motors experimentální projekt digitalizace, ukládání a tisku mnoha návrhových skic generovaných v různých konstrukčních odděleních GM. Když základní koncept prokázal, že to může fungovat, zahájili DAC-1 - Design Augmented by Computer - projekt s IBM na vývoji produkční verze. Součástí projektu DAC byl přímý převod papírových diagramů do 3D modelů, které byly poté převedeny do příkazů APT a rozřezány na frézkách. V listopadu 1963 se design víka kufru poprvé přesunul z 2D papírové skici na 3D hliněný prototyp.[26] S výjimkou počátečního náčrtu byla smyčka návrh-výroba uzavřena.

Mezitím je MIT mimo pracoviště Lincoln Labs stavěl počítače, aby otestoval nové tranzistorové konstrukce. Konečným cílem byla v podstatě tranzistorová Whirlwind známá jako TX-2, ale za účelem testování různých návrhů obvodů byla použita menší verze známá jako TX-0 byl postaven jako první. Když začala výstavba TX-2, čas v TX-0 se uvolnil a to vedlo k řadě experimentů zahrnujících interaktivní vstup a použití stroje CRT displej pro grafiku. Další vývoj těchto koncepcí vedl k Ivan Sutherland je průkopnický Skicák program na TX-2.

Sutherland se přesunul k University of Utah po jeho práci na Sketchpadu, ale inspirovalo ostatní absolventy MIT k pokusu o první skutečný CAD systém. to bylo Elektronický rýsovací stroj (EDM), prodáno Kontrolní data a známý jako „Digigraphics“, který Lockheed používal k výrobě produkčních dílů pro C-5 Galaxy, první příklad end-to-end CAD / CNC výrobního systému.

Do roku 1970 existovala celá řada CAD firem včetně Intergraph, Aplikace, Počítačové vidění, Technologie Auto-trol, UGS Corp. a další, stejně jako velcí prodejci jako CDC a IBM.

Šíření CNC

Čtečka papírových pásek na a počítačové číslicové řízení (CNC) stroj.

Cena počítačových cyklů drasticky poklesla během šedesátých let s rozšířeným zavedením užitečných minipočítače. Nakonec se stalo levnější manipulovat s řízením motoru a zpětnou vazbou pomocí počítačového programu, než tomu bylo u vyhrazených servosystémů. Malé počítače byly věnovány jednomu mlýnu a celý proces byly umístěny do malé krabice. PDP-8 a Data General Nova počítače byly v těchto rolích běžné. Zavedení mikroprocesor v sedmdesátých letech dále snižovaly náklady na implementaci a dnes téměř všechny CNC stroje používají pro zvládnutí všech operací nějakou formu mikroprocesoru.

Zavedení levnějších CNC strojů radikálně změnilo zpracovatelský průmysl. Křivky lze řezat stejně snadno jako přímé čáry, složité 3-D struktury se vyrábějí relativně snadno a dramaticky se snížil počet obráběcích kroků vyžadujících lidskou činnost. Se zvýšenou automatizací výrobních procesů pomocí CNC obrábění bylo dosaženo značného zlepšení konzistence a kvality bez zátěže obsluhy. Automatizace CNC snížila frekvenci chyb a poskytla operátorům CNC čas na provedení dalších úkolů. CNC automatizace také umožňuje větší flexibilitu ve způsobu, jakým jsou součásti drženy ve výrobním procesu, a v době potřebné ke změně stroje na výrobu různých komponent. S rostoucí poptávkou po operátorech CNC se navíc automatizace stává životaschopnější volbou než práce.[Citace je zapotřebí ]

Na začátku 70. let se západní ekonomiky utápěly v pomalém ekonomickém růstu a rostoucích nákladech na zaměstnanost a NC stroje se začaly stávat atraktivnějšími. Hlavní američtí prodejci reagovali pomalu na poptávku po strojích vhodných pro levnější NC systémy a do této prázdnoty vstoupili Němci. V roce 1979 prodej německých strojů (např. Siemens Sinumerik ) poprvé předčil americké designy. Tento cyklus se rychle opakoval a do roku 1980 zaujalo vedoucí pozici Japonsko a prodej v USA neustále klesal. Poté, co se v roce 1971 umístil na první pozici, co se týče tržeb v žebříčku deseti největších amerických společností, do roku 1987 byl Cincinnati Milacron na 8. místě v žebříčku, kde silně dominovaly japonské firmy.[27]

Mnoho vědců uvedlo, že zaměření USA na špičkové aplikace je nechalo v nekonkurenční situaci, kdy hospodářský pokles na začátku 70. let vedl k výrazně zvýšené poptávce po nízkonákladových NC systémech. Na rozdíl od amerických společností, které se zaměřily na vysoce ziskový letecký trh, se němečtí a japonští výrobci od začátku zaměřovali na segmenty s nízkým ziskem a mohli mnohem snadněji vstoupit na trhy s nízkými náklady. Velké japonské společnosti navíc založily vlastní dceřiné společnosti nebo posílily své divize strojů na výrobu strojů, které potřebovaly. Toto bylo považováno za národní úsilí a bylo do značné míry podporováno MITI, japonským ministerstvem pro mezinárodní obchod a průmysl. V prvních letech vývoje poskytla společnost MITI cílené zdroje pro přenos technologického know-how.[27][28] Národní úsilí v USA bylo zaměřeno na integrovaná výroba z historického hlediska obranný sektor udržoval. To se vyvinulo v pozdějších osmdesátých letech, kdy byla rozpoznána takzvaná krize obráběcích strojů, do řady programů, které se snažily rozšířit přenos know-how na domácí výrobce nástrojů. Jako příklad uvedlo letectvo sponzorované řídící program příští generace 1989. Tento proces pokračoval od 90. let do současnosti od inkubátorů DARPA a nesčetných výzkumných grantů.

S vývojem výpočetní techniky a sítí se také vyvíjel přímé číselné řízení (DNC). Jeho dlouhodobé soužití s ​​méně síťovými variantami NC a CNC je vysvětleno skutečností, že jednotlivé firmy mají tendenci držet se všeho, co je ziskové, a jejich čas a peníze na vyzkoušení alternativ jsou omezené. To vysvětluje, proč modely obráběcích strojů a pásková paměťová média přetrvávají v módě i přesto, že nejnovější technologie postupují.

DIY, hobby a osobní CNC

Nedávno[když? ] vývoj v malém měřítku CNC z velké části umožnil Vylepšený ovladač stroje projekt v roce 1989 z Národní institut pro standardy a technologie (NIST), agentura amerického ministerstva obchodu. EMC [LinuxCNC] je public domain program fungující pod Linux operační systém a práce na hardwaru založeném na PC. Po ukončení projektu NIST pokračoval vývoj, který vedl k LinuxCNC[29] který je licencován pod GNU Obecná veřejná licence a Malá obecná veřejná licence GNU (GPL a LGPL). Odvození původního softwaru EMC také vedlo k několika proprietárním nízkonákladovým programům založeným na PC, zejména TurboCNC a Mach3, stejně jako k vestavěným systémům založeným na proprietárním hardwaru. Dostupnost těchto řídicích programů založených na PC vedla k vývoji DIY CNC, což umožňuje fandům stavět vlastní[30][31] použitím open source hardware vzory. Stejná základní architektura umožnila výrobcům, jako jsou Sherline a Taig, vyrábět lehké stolní frézky na klíč pro fandy.

Snadná dostupnost softwaru založeného na PC a podpůrných informací o Mach3, napsaných Art Fenerty, umožňuje komukoli s určitou časovou a technickou odborností vyrábět složité součásti pro domácí a prototypové použití. Fenerty je považována za hlavní zakladatelku PC CNC obrábění na bázi Windows.[32]

Nakonec byla architektura homebrewu plně komercializována a použita k vytvoření větších strojů vhodných pro komerční a průmyslové aplikace. Tato třída zařízení byla označována jako Personal CNC. Souběžně s vývojem osobních počítačů má Personal CNC své kořeny v řízení založeném na EMC a PC, ale vyvinulo se do bodu, kdy může v mnoha případech nahradit větší konvenční zařízení. Stejně jako u Osobní počítač „Personální CNC se vyznačuje vybavením, jehož velikost, možnosti a původní prodejní cena jsou užitečné pro jednotlivce a které je určeno k přímému ovládání koncovým uživatelem, často bez profesionálního školení v technologii CNC.

Dnes

Čtečky pásek lze stále nalézt na současných CNC zařízeních, protože obráběcí stroje mají dlouhou životnost. Jiné způsoby přenosu CNC Používají se také programy pro obráběcí stroje, jako jsou diskety nebo přímé připojení přenosného počítače. Děrovaný mylar pásky jsou robustnější. Diskety, USB flash disky a místní sítě do jisté míry nahradily pásky, zejména ve větších prostředích, která jsou vysoce integrovaná.

Šíření CNC vedlo k potřebě nových standardů CNC, které nebyly zatíženy licencemi nebo konkrétními koncepty designu, jako jsou proprietární rozšíření APT.[19] Množství různých „standardů“ se po určitou dobu rozšířilo, často založených na různých základech vektorové grafiky značkovací jazyky podporováno plotry. Jeden takový standard se od té doby stal velmi běžným, „G-kód "který byl původně použit na Gerber Scientific plotry a poté upraveny pro použití na CNC. Formát souboru se stal tak široce používaným, že byl ztělesněn v souboru EIA Standard. Zatímco G-kód je dnes převládajícím jazykem, který dnes používají CNC stroje, existuje tlak na jeho nahrazení KROK-NC, systém, který byl záměrně navržen pro CNC, místo aby vyrostl ze stávajícího standardu plotru.[33]

Zatímco G-kód je nejběžnější metodou programování, někteří výrobci obráběcích strojů / řízení také vynalezli své vlastní „konverzační“ metody programování, které se snaží usnadnit programování jednoduchých částí a provádět nastavení a úpravy na stroj jednodušší (například Mazak's Mazatrol, Okuma's IGF a Hurco). Ty se setkaly s různým úspěchem.[34]

Novější[když? ] pokrok v CNC tlumočníků je podpora logických příkazů, známý jako parametrické programování (také známý jako makro programování). Parametrické programy zahrnují jak příkazy zařízení, tak ovládací jazyk podobný ZÁKLADNÍ. Programátor může provádět příkazy if / then / else, smyčky, volání podprogramů, provádět různé aritmetické operace a manipulovat s proměnnými, aby vytvořil v rámci jednoho programu velkou míru volnosti. Celá produktová řada různých velikostí může být naprogramována pomocí logiky a jednoduché matematiky k vytvoření a škálování celé řady dílů nebo k vytvoření základního dílu, který lze škálovat na libovolnou velikost podle požadavků zákazníka.

Asi od roku 2006,[Citace je zapotřebí ] the idea has been suggested and pursued to foster the convergence with CNC and DNC of several trends elsewhere in the world of information technology that have not yet much affected CNC and DNC. One of these trends is the combination of greater data collection (more sensors), greater and more automated výměna dat (via building new, otevřeno industry-standard Schémata XML ), a dolování dat to yield a new level of obchodní inteligence and workflow automation in manufacturing. Another of these trends is the emergence of widely published API together with the aforementioned open data standards to encourage an ecosystem of user-generated apps and mashupy, which can be both open and commercial – in other words, taking the new IT culture of app marketplaces that began in web development and smartphone app development and spreading it to CNC, DNC, and the other factory automation systems that are networked with the CNC/DNC. MTConnect is a leading effort to bring these ideas into successful implementation.[když? ][Citace je zapotřebí ]

Viz také

Reference

  1. ^ A b C d E F G Pease, William (1952), "An automatic machine tool", Scientific American, 187 (3): 101–115, doi:10.1038/scientificamerican0952-101, ISSN  0036-8733.
  2. ^ A b Brittain 1992, str. 210–211.
  3. ^ The International Biographical Dictionary of Computer Pioneers refers to Parsons as "the father of computerized milling machines", and the Society of Manufacturing Engineers awarded him a citation for "conceptualization of numerical control marked the beginning of the second industrial revolution."
  4. ^ „Národní medaile za technologii a inovace - výroba“. Národní medaile za technologii.
  5. ^ A b C d E F G h i j k „Otec druhé průmyslové revoluce“, Výrobní inženýrství, 127 (2), srpen 2001
  6. ^ "Numericky řízená frézka"
  7. ^ Fertigungsautomatisierung: Automatisierungsmittel, Gestaltung und Funktion Stefan Hesse; Springer-Verlag, 2013 ; page 54
  8. ^ Electricity in the American Economy: Agent of Technological Progress Sam H. Schurr; 1990; strana 66
  9. ^ NEW DEVICE SHOWN FOR MASS OUTPUT; Arma Corp., Bosch Subsidiary, Demonstrates 'Piano Roll' Metal Fabricating Tool PATTERN FROM BLUEPRINT Provides Precision Production Control on Standard Lathe With Little Human Aid New York Times; HARTLEY W. BARCLAY; June 30, 195 0
  10. ^ Reintjes 1991, str. 16.
  11. ^ Wildes & Lindgren 1985, str. 220.
  12. ^ Link to google patents http://www.google.com/patents?id=rRpqAAAAEBAJ&dq=2820187
  13. ^ Susskind, Alfred Kriss; McDonough, James O. (březen 1953). "Numericky řízená frézka" (PDF). Přehled vstupního a výstupního zařízení používaného ve výpočetních systémech. Mezinárodní seminář o správě požadavků na znalosti. New York City: Americký institut elektrotechniků. 133–137. LCCN  53-7874. Citováno 2015-02-24.
  14. ^ Nová technologie, str. 47
  15. ^ A b C d E Ross, Douglas T. (August 1978), "Origins of the APT language for automatically programmed tools" (PDF), Oznámení ACM SIGPLAN, 13 (8): 61–99, doi:10.1145/960118.808374, archivovány z originál (PDF) dne 09.03.2010.
  16. ^ A b C Makely, William (August 2005), "Numbers Take Control: NC Machines" (PDF), Výroba řezných nástrojů, 57 (8): 4–5, archived from originál (PDF) dne 09.03.2010.
  17. ^ Noble 1984.
  18. ^ ROSS O'Neill CBI Oral History http://conservancy.umn.edu/bitstream/107611/1/oh178dtr.pdf[trvalý mrtvý odkaz ]
  19. ^ A b Aptos free open source APT http://aptos.sourceforge.net/
  20. ^ Milled Ashtray „Archivovaná kopie“. Archivovány od originál dne 2013-11-13. Citováno 2013-05-11.CS1 maint: archivovaná kopie jako titul (odkaz)
  21. ^ https://www.youtube.com/watch?v=ob9NV8mmm20
  22. ^ "The CAD/CAM Hall of Fame: Patrick J. Hanratty" Archivováno 11.05.2012 na Wayback Machine, Americký strojník
  23. ^ Weisberg, s. 3–9.
  24. ^ Computer-Aided Design Project http://images.designworldonline.com.s3.amazonaws.com/CADhistory/8436-TM-4.pdf
  25. ^ A b Weisberg, s. 3–10.
  26. ^ Krull, F.N. (September 1994), "The origin of computer graphics within General Motors", IEEE Annals of the History of Computing, 16 (3): 40–56, doi:10.1109/MAHC.1994.298419, ISSN  1058-6180.
  27. ^ A b Arnold, Heinrich Martin (November 2001), "The recent history of the machine tool industry and the effects of technological change", LMU, CiteSeerX  10.1.1.119.2125
  28. ^ Holland 1989.
  29. ^ linuxcnc.org LinuxCNC
  30. ^ Home Made CNC Machine. Hacked Gadgets – DIY Tech Blog.
  31. ^ Desktop Manufacturing. Značka (časopis) Vol 21, February 2010.
  32. ^ CNCzone discussion of Fenerty
  33. ^ "Tamshell Corporation". Citováno 15. září 2017.
  34. ^ „Tamshell Materials“. Citováno 22. září 2009.

Citované zdroje

Další čtení