Về bản chất, máy công cụ là công cụ để máy hướng dẫn đường đi của dao - chứ không phải bằng cách hướng dẫn trực tiếp, thủ công, như các công cụ thủ công và hầu hết tất cả 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 có thể lập trình được (dữ liệu ở dạng chữ cái, số, ký hiệu, từ hoặc kết hợp) để tự động điều khiển các công cụ gia công.Trước khi nó xuất hiện, các công cụ chế biến luôn được điều khiển bởi những người vận hành thủ công.
Điều khiển số máy tính (CNC) đề cập đến việc gửi các lệnh 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 nhất quán.CNC mà mọi người nói đến ngày nay hầu như đều đề cập đến máy phay 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 sơ khai, thẻ đục lỗ, cơ chế servo và ngôn ngữ lập trình công cụ lập trình tự động (APT).
Máy công cụ sơ khai
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 sức mạnh 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 thứ được gọi là máy công cụ đầu tiên trên thế giới đối với các xi lanh động cơ hơi nước doa và đã được giải quyết.Chiếc máy doa này cũng được thiết kế bởi Wilkinson dựa trên khẩu pháo ban đầu của ông;
Thẻ đục lỗ
Năm 1725, Basile bouchon, một công nhân dệt người Pháp, đã phát minh ra phương pháp điều khiển khung dệt bằng cách sử dụng dữ liệu mã hóa trên băng giấy thông qua một loạt lỗ.Mặc dù nó mang tính đột phá, nhưng nhược điểm của phương pháp này cũng rõ ràng, đó là nó vẫn cần người vận hành.Năm 1805, Joseph Marie jacquard 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, do đó tự động hóa quá trình.Những tấm thẻ đục lỗ này được nhiều người coi là cơ sở của máy tính hiện đại và đánh dấu sự kết thúc của ngành dệt thủ công tại gia.
Điều thú vị là những chiếc khung dệt jacquard đã bị chống lại bởi những người thợ dệt lụa vào thời điểm đó, những người lo ngại rằng sự tự động hóa này sẽ tước đi công ăn việc làm và sinh kế của họ.Họ nhiều lần đốt những khung dệt đưa vào sản xuất;Tuy nhiên, sự kháng cự của chúng tỏ ra vô ích, bởi vì ngành công nghiệp đã nhận ra những ưu điểm của máy dệt tự động.Đến năm 1812, 11000 khung dệt jacquard đã được sử dụng ở Pháp.
Thẻ đục lỗ được phát triển vào cuối những năm 1800 và được sử dụng nhiều, từ điện báo đến đàn piano tự động.Mặc dù việc kiểm soát cơ học được quyết định bởi những lá bài ban đầu, nhà phát minh người Mỹ Herman Hollerith đã tạo ra một bộ lập bảng thẻ đục lỗ cơ điện, điều này đã thay đổi luật chơi.Hệ thống của ông đã 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 lập bảng vào năm 1896 và hợp nhất với bốn công ty khác để thành lập IBM vào năm 1924. Vào nửa sau của 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 hoặc nhiều hàng.
Cơ chế Servo
Cơ chế Servo là một thiết bị tự động, sử dụng phản hồi quy nạp lỗi để điều chỉnh hiệu suất của máy hoặc cơ chế.Trong một số trường hợp, servo cho phép các thiết bị công suất cao được điều khiển bởi các thiết bị có công suất thấp hơn nhiều.Cơ chế servo bao gồm một thiết bị được điều khiển, một thiết bị khác đưa ra lệnh, một công cụ phát hiện lỗi, một 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, và 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 tạo ra 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 là rất quan trọng để đạt được độ chính xác dung sai theo yêu cầu của quá 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 một thành tựu sáng tạo của nhóm ứng dụng máy tính.Đây là một ngôn ngữ lập trình cấp cao dễ sử dụng, được sử dụng đặc biệt để tạo ra các lệnh cho máy công cụ CNC.Phiên bản gốc sớm hơn FORTRAN, nhưng các phiên bản sau được viết lại bằng Fortran.
Apt là một ngôn ngữ được tạo ra để làm việc 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 trong những năm 1970.Sau đó, sự phát triển của apt được bảo trợ bởi lực lượng không quân và cuối cùng được mở ra cho lĩnh vực dân sự.
Douglas T. Ross, người đứng đầu nhóm ứng dụng máy tính, được biết đến như là cha đẻ của apt.Sau đó, ông đặt ra thuật ngữ “thiết kế có sự hỗ trợ của máy tính” (CAD).
Sự ra đời của điều khiển số
Trước khi xuất hiện 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, máy công cụ CNC đầu tiên không chỉ là phản ứng đối với 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.
“Kiểm soát 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 kiểm soát máy móc và quy trình công nghiệp sẽ thay đổi từ những bản nháp không chính xác thành những bản chính xác”.- Hiệp hội kỹ sư chế tạo.
Nhà phát minh người Mỹ John T. Parsons (1913 - 2007) được nhiều người coi là cha đẻ của điều khiển số.Ông đã hình thành và thực hiện 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 trong nhà máy của cha mình năm 14 tuổi. Sau đó, anh 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 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 các kỹ sư sản xuất đã phỏng vấn Parsons vào năm 2001 để cho mọi người biết câu chuyện của anh ấy từ góc nhìn của anh ấy.
Lịch trình NC sớm
Năm 1942:john T. Parsons đã được Sikorsky Aircraft ký hợp đồng phụ để sản xuất cánh quạt máy bay trực thăng.
Năm 1944:do khiếm khuyết thiết kế của dầm cánh, một trong 18 cánh quạt đầu tiên do họ sản xuất đã không thành công, dẫn đến cái chết của phi công.Ý tưởng của Parsons là đục lỗ cánh quạt bằng kim loại để làm cho nó chắc hơn và thay thế keo và ốc vít để gắn chặt cụm máy.
Năm 1946:người ta muốn tạo ra một công cụ sản xuất để sản xuất chính xác các lưỡi dao, đó là một thách thức rất lớn và phức tạp đối với điều kiện lúc bấy giờ.Do đó, Parsons đã thuê kỹ sư máy bay Frank stulen và thành lập một đội kỹ sư cùng với ba người khác.Stulen đã 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 chuỗi chuyển động của máy công cụ tự động đã đạt được theo hai cách chính - so với việc chỉ thiết lập chuỗi chuyển động cố định - và đang được thực hiện theo hai cách chính: điều khiển lần vết và điều khiển kỹ thuật số.Như chúng ta có thể thấy, người đầu tiên cần tạo một mô hình vật lý của đối tượng (hoặc ít nhất là một bản vẽ hoàn chỉnh, chẳng hạn như điện thoại thủy điện đánh dấu cáp Cincinnati).Thứ hai là không hoàn thành hình ảnh của đối tượng hoặc bộ phận, mà chỉ để trừu tượng hóa nó: các mô hình toán học và hướng dẫn máy móc.
Năm 1949: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 200000 đô la để biến nó thành hiện thực.
Năm 1949:Parsons và stulen đã làm việc với Snyder machine & tool Corp. để phát triển máy móc và nhận ra rằng họ cần động cơ servo để làm cho máy móc 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.
Năm 1952 (tháng 5): Parsons nộp đơn xin cấp bằng sáng chế cho “thiết bị điều khiển động cơ cho máy công cụ định vị”.Ông được cấp bằng sáng chế vào năm 1958.
Năm 1952 (tháng 8):để đáp lại, MIT đã nộp đơn xin cấp bằng sáng chế cho “hệ thống servo điều khiển số”.
Sau Chiến tranh thế giới thứ hai, Không quân Hoa Kỳ đã ký một số hợp đồng với Parsons để phát triển hơn nữa đổi mới 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 rằng 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 “kiểm soát đường dẫn liên tục ba trục” của phòng thí nghiệm servo đã thay thế khái niệm ban đầu của Parsons về “định vị cắt”.Các vấn đề luôn định hình công nghệ, nhưng câu chuyện đặc biệt này được ghi lại bởi nhà sử học David quý tộc đã trở thành một cột mốc quan trọng trong lịch sử công nghệ.
Năm 1952:MIT đã trình diễn hệ thống dây đai đục lỗ 7 thanh của họ, rất phức tạp và đắt tiền (250 ống chân không, 175 rơ le, trong năm tủ cỡ tủ lạnh).
Máy phay CNC ban đầu của MIT vào năm 1952 là hydro Tel, một công ty máy phay Cincinnati 3 trục được sửa đổi.
Có bảy bài báo về “máy tự điều chỉnh, đại diện cho một cuộc cách mạng khoa học và công nghệ sẽ định hình hiệu quả tương lai của nhân loại” trên tạp chí “điều khiển tự động” của Scientific American vào tháng 9 năm 1952.
Năm 1955:Bộ điều khiển Concord (bao gồm các thành viên của nhóm ban đầu của MIT) đã tạo ra thẻ số, thay thế băng đục lỗ trên máy MIT NC bằng đầu đọc băng do GE phát triển.
Lưu trữ băng
Năm 1958:Parsons đã nhận được bằng sáng chế 2820187 của Hoa Kỳ 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 của riêng mình.
Năm 1958:MIT đã công bố một báo cáo về kinh tế học NC, trong đó kết luận rằng máy NC hiện tại không thực sự tiết kiệm thời gian, mà đã chuyển lực lượng lao động từ phân xưởng của nhà máy sang những người làm dây đai đục lỗ.
Thời gian đăng bài: Jul-19-2022