Về bản chất, máy công cụ là một công cụ để máy dẫn hướng đường chạy dao – không phải bằng hướng dẫn trực tiếp, thủ công như các công cụ thủ công và hầu hết các công cụ của con người, cho đến khi con người phát minh ra máy công cụ.
Điều khiển số (NC) đề cập đến việc sử dụng logic lập trình (dữ liệu ở dạng chữ cái, số, ký hiệu, từ hoặc tổ hợp) để tự động điều khiển các công cụ gia công. Trước khi xuất hiện, các công cụ xử lý luôn được điều khiển bởi người vận hành thủ công.
Điều khiển số máy tính (CNC) đề cập đến việc gửi các hướng dẫn được mã hóa chính xác đến bộ vi xử lý trong hệ thống điều khiển công cụ gia công, để cải thiện độ chính xác và tính nhất quán. CNC mà người ta nói đến hiện nay hầu như đều đề cập đến những chiếc máy phay được kết nối với máy tính. Về mặt kỹ thuật, nó có thể được sử dụng để mô tả bất kỳ máy nào được điều khiển bởi máy tính.
Trong thế kỷ qua, nhiều phát minh đã đặt nền móng cho sự phát triển của máy công cụ CNC. Ở đây, chúng ta xem xét bốn yếu tố cơ bản của sự phát triển của công nghệ điều khiển số: máy công cụ đời đầu, thẻ đục lỗ, cơ cấu servo và ngôn ngữ lập trình công cụ lập trình tự động (APT).
Máy công cụ sớm
Trong cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ hai ở Anh, James Watt được ca ngợi vì đã tạo ra động cơ hơi nước cung cấp năng lượng cho cuộc cách mạng công nghiệp, nhưng ông gặp khó khăn trong việc chế tạo độ chính xác của xi lanh động cơ hơi nước cho đến năm 1775, John Johnwilkinson đã tạo ra cái được gọi là máy công cụ đầu tiên trên thế giới. cho xi lanh động cơ hơi nước nhàm chán và đã được giải quyết. Chiếc máy khoan này cũng được Wilkinson thiết kế dựa trên khẩu pháo nguyên bản của ông;
Thẻ đục lỗ
Năm 1725, Basile Bouchon, một công nhân dệt may người Pháp, đã phát minh ra phương pháp điều khiển máy dệt bằng cách sử dụng dữ liệu được mã hóa trên băng giấy thông qua một loạt lỗ. Tuy mang tính đột phá nhưng nhược điểm của phương pháp này cũng rất rõ ràng, đó là vẫn cần người vận hành. Năm 1805, Joseph Marie Jacquard đã áp dụng khái niệm này, nhưng nó đã được củng cố và đơn giản hóa bằng cách sử dụng các thẻ đục lỗ mạnh hơn được sắp xếp theo trình tự, từ đó tự động hóa quy trình. Những tấm thẻ đục lỗ này được nhiều người coi là nền tảng của máy tính hiện đại và đánh dấu sự kết thúc của ngành dệt thủ công tại nhà.
Điều thú vị là vào thời điểm đó, những người thợ dệt lụa đã phản đối máy dệt jacquard vì lo ngại rằng việc tự động hóa này sẽ tước đi công việc và sinh kế của họ. Họ liên tục đốt các khung dệt được đưa vào sản xuất; Tuy nhiên, sự phản kháng của họ tỏ ra vô ích vì ngành công nghiệp đã nhận ra những ưu điểm của máy dệt tự động. Đến năm 1812, 11.000 máy dệt jacquard đã được sử dụng ở Pháp.
Thẻ đục lỗ được phát triển vào cuối những năm 1800 và có nhiều ứng dụng, từ điện báo đến đàn piano tự động. Mặc dù việc điều khiển cơ học được quyết định bởi những lá bài thời kỳ đầu, nhưng nhà phát minh người Mỹ Herman Hollerith đã tạo ra một máy lập bảng thẻ đục lỗ cơ điện, điều này đã thay đổi luật chơi. Hệ thống của ông được cấp bằng sáng chế vào năm 1889, khi ông đang làm việc cho Cục điều tra dân số Hoa Kỳ.
Herman Hollerith thành lập công ty máy lập bảng vào năm 1896 và sáp nhập với bốn công ty khác để thành lập IBM vào năm 1924. Vào nửa sau thế kỷ 20, thẻ đục lỗ lần đầu tiên được sử dụng để nhập và lưu trữ dữ liệu của máy tính và máy điều khiển số. Định dạng ban đầu có năm hàng lỗ, trong khi các phiên bản tiếp theo có sáu, bảy, tám hàng trở lên.
Cơ chế servo
Cơ cấu servo là một thiết bị tự động sử dụng phản hồi cảm ứng lỗi để điều chỉnh hoạt động của máy hoặc cơ cấu. Trong một số trường hợp, servo cho phép các thiết bị có công suất cao được điều khiển bởi các thiết bị có công suất thấp hơn nhiều. Cơ cấu servo bao gồm một thiết bị được điều khiển, một thiết bị khác đưa ra lệnh, công cụ phát hiện lỗi, bộ khuếch đại tín hiệu lỗi và một thiết bị (động cơ servo) sửa lỗi. Hệ thống servo thường được sử dụng để điều khiển các biến số như vị trí và tốc độ, trong đó phổ biến nhất là điện, khí nén hoặc thủy lực.
Cơ chế servo điện đầu tiên được thành lập bởi H. lịch ở Anh vào năm 1896. Đến năm 1940, MIT đã thành lập một phòng thí nghiệm cơ chế servo đặc biệt, bắt nguồn từ sự chú ý ngày càng tăng của Khoa kỹ thuật điện đối với chủ đề này. Trong gia công CNC, hệ thống servo rất quan trọng để đạt được độ chính xác dung sai theo yêu cầu của quy trình gia công tự động.
Công cụ lập trình tự động (APT)
Công cụ lập trình tự động (APT) ra đời trong Phòng thí nghiệm cơ chế servo của Viện công nghệ Massachusetts vào năm 1956. Đó là thành tựu sáng tạo của nhóm ứng dụng máy tính. Đây là ngôn ngữ lập trình cấp cao dễ sử dụng, được sử dụng đặc biệt để tạo hướng dẫn cho máy công cụ CNC. Phiên bản gốc sớm hơn FORTRAN, nhưng các phiên bản sau được viết lại bằng Fortran.
Apt là ngôn ngữ được tạo ra để hoạt động với máy NC đầu tiên của MIT, đây là máy NC đầu tiên trên thế giới. Sau đó nó tiếp tục trở thành tiêu chuẩn của lập trình máy công cụ điều khiển bằng máy tính và được sử dụng rộng rãi vào những năm 1970. Sau đó, sự phát triển của apt được lực lượng không quân tài trợ và cuối cùng được mở rộng cho khu vực dân sự.
Douglas T. Ross, người đứng đầu nhóm ứng dụng máy tính, được mệnh danh là cha đẻ của apt. Sau đó ông đã đặt ra thuật ngữ “thiết kế có sự hỗ trợ của máy tính” (CAD).
Sự ra đời của điều khiển số
Trước sự xuất hiện của máy công cụ CNC, đầu tiên là sự phát triển của máy công cụ CNC và máy công cụ CNC đầu tiên. Mặc dù có một số khác biệt trong các mô tả khác nhau về các chi tiết lịch sử, nhưng máy công cụ CNC đầu tiên không chỉ là giải pháp đáp ứng những thách thức sản xuất cụ thể mà quân đội phải đối mặt mà còn là sự phát triển tự nhiên của hệ thống thẻ đục lỗ.
“Điều khiển kỹ thuật số đánh dấu sự khởi đầu của cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ hai và sự xuất hiện của kỷ nguyên khoa học trong đó việc điều khiển máy móc và quy trình công nghiệp sẽ thay đổi từ những bản nháp không chính xác sang những bản nháp chính xác.” – Hiệp hội kỹ sư sản xuất.
Nhà phát minh người Mỹ John T. Parsons (1913 – 2007) được nhiều người coi là cha đẻ của điều khiển số. Ông hình thành và triển khai công nghệ điều khiển số với sự giúp đỡ của kỹ sư máy bay Frank L. stulen. Là con trai của một nhà sản xuất ở Michigan, Parsons bắt đầu làm công việc lắp ráp tại nhà máy của cha mình ở tuổi 14. Sau đó, ông sở hữu và điều hành một số nhà máy sản xuất thuộc công ty sản xuất Parsons của gia đình.
Parsons có bằng sáng chế NC đầu tiên và được chọn vào Đại sảnh danh vọng của các nhà phát minh quốc gia vì công trình tiên phong trong lĩnh vực điều khiển số. Parsons có tổng cộng 15 bằng sáng chế và 35 bằng sáng chế khác được cấp cho doanh nghiệp của ông. Hiệp hội kỹ sư sản xuất đã phỏng vấn Parsons vào năm 2001 để cho mọi người biết câu chuyện của ông từ góc nhìn của ông.
Lịch NC sớm
1942:John T. Parsons được Sikorsky Aircraft ký hợp đồng phụ để sản xuất cánh quạt máy bay trực thăng.
1944:do lỗi thiết kế của dầm cánh, một trong 18 cánh quạt đầu tiên họ sản xuất đã bị hỏng, dẫn đến cái chết của phi công. Ý tưởng của Parsons là đục lỗ cánh quạt bằng kim loại để làm cho nó chắc chắn hơn và thay thế keo và ốc vít để buộc chặt cụm lắp ráp.
1946:mọi người muốn tạo ra một công cụ sản xuất để sản xuất lưỡi dao một cách chính xác, đây là một thách thức lớn và phức tạp đối với điều kiện vào thời điểm đó. Vì vậy, Parsons đã thuê kỹ sư máy bay Frank Stulen và thành lập một nhóm kỹ sư gồm ba người khác. Stulen nghĩ đến việc sử dụng thẻ đục lỗ của IBM để xác định mức độ căng thẳng trên lưỡi dao và họ đã thuê bảy máy IBM cho dự án.
Năm 1948, mục tiêu dễ dàng thay đổi trình tự chuyển động của máy công cụ tự động đã đạt được theo hai cách chính – so với việc chỉ thiết lập trình tự chuyển động cố định – và đang được thực hiện theo hai cách chính: điều khiển theo dõi và điều khiển kỹ thuật số. Như chúng ta có thể thấy, người đầu tiên cần tạo ra một mô hình vật lý của đối tượng (hoặc ít nhất là một bản vẽ hoàn chỉnh, chẳng hạn như chiếc điện thoại thủy điện dò cáp Cincinnati). Thứ hai không phải là hoàn thiện hình ảnh của đối tượng hay bộ phận mà chỉ trừu tượng hóa nó: các mô hình toán học và hướng dẫn máy.
1949:Lực lượng không quân Mỹ cần sự trợ giúp của cấu trúc cánh siêu chính xác. Parsons đã bán chiếc máy CNC của mình và giành được hợp đồng trị giá 200.000 USD để biến nó thành hiện thực.
1949:Parsons và Stulen đã hợp tác với Snyder machine & tool Corp. để phát triển máy móc và nhận ra rằng họ cần động cơ servo để giúp máy hoạt động chính xác. Parsons đã ký hợp đồng phụ hệ thống servo của “máy phay card-a-matic” cho Phòng thí nghiệm cơ chế servo của Viện Công nghệ Massachusetts.
1952 (có thể): Parsons nộp đơn xin cấp bằng sáng chế cho “thiết bị điều khiển động cơ cho máy công cụ định vị”. Ông đã cấp bằng sáng chế vào năm 1958.
1952 (tháng 8):để đáp lại, MIT đã nộp đơn xin cấp bằng sáng chế cho “hệ thống servo điều khiển số”.
Sau Thế chiến thứ hai, Lực lượng Không quân Hoa Kỳ đã ký một số hợp đồng với Parsons để phát triển hơn nữa cải tiến gia công NC do người sáng lập John Parsons thực hiện. Parsons quan tâm đến các thí nghiệm đang được thực hiện trong Phòng thí nghiệm cơ chế servo của MIT và đề xuất MIT trở thành nhà thầu phụ của dự án vào năm 1949 để cung cấp kiến thức chuyên môn về điều khiển tự động. Trong 10 năm tiếp theo, MIT đã giành được quyền kiểm soát toàn bộ dự án vì tầm nhìn về “điều khiển đường dẫn liên tục ba trục” của phòng thí nghiệm servo đã thay thế khái niệm ban đầu của Parsons về “cắt trong định vị cắt”. Các vấn đề luôn định hình nên công nghệ, nhưng câu chuyện đặc biệt này được sử gia David Noble ghi lại đã trở thành một cột mốc quan trọng trong lịch sử công nghệ.
1952:MIT đã trình diễn hệ thống đai đục lỗ 7 ray, hệ thống này rất phức tạp và đắt tiền (250 ống chân không, 175 rơle, trong 5 tủ có kích thước bằng tủ lạnh).
Máy phay CNC đầu tiên của MIT vào năm 1952 là hydro Tel, một công ty máy phay 3 trục Cincinnati đã được cải tiến.
Có 7 bài viết về “máy tự điều chỉnh, đại diện cho một cuộc cách mạng khoa học công nghệ sẽ định hình tương lai của nhân loại một cách hiệu quả” trên tạp chí “điều khiển tự động” của Scientific American vào tháng 9 năm 1952.
1955:Concord Control (bao gồm các thành viên trong nhóm ban đầu của MIT) đã tạo ra bảng số, thay thế băng đục lỗ trên các máy MIT NC bằng đầu đọc băng đang được GE phát triển.
Lưu trữ băng
1958:Parsons đã nhận được bằng sáng chế Hoa Kỳ số 2820187 và bán giấy phép độc quyền cho Bendix. IBM, Fujitsu và General Electric đều nhận được giấy phép phụ sau khi họ bắt đầu phát triển máy móc của riêng mình.
1958:MIT công bố một báo cáo về kinh tế NC, trong đó kết luận rằng máy NC hiện tại không thực sự tiết kiệm thời gian mà chuyển lực lượng lao động từ xưởng sản xuất sang người làm dây đai đục lỗ.
Thời gian đăng: 19-07-2022