Эволюция ЧПУ-программирования: краткий исторический обзор

В производстве мало процессов более универсальных, чем ЧПУ-обработка. ЧПУ — сокращение от computer numerical control (числовое программное управление) — метод автоматизации обработки через компьютер. В вычитающей ЧПУ-обработке заготовка металла формируется и режется для соответствия заданным требованиям, запрограммированным в компьютер, позволяя изготовить деталь с высокой точностью без оператора или надзирателя, устраняя человеческую ошибку.

Неудивительно, но компьютерно-управляемая обработка — заметное улучшение по сравнению с некомпьютеризированной. Но откуда пришло числовое программное управление? Инновации и технологии прошли долгий путь за чуть менее 300 лет, давайте обсудим краткую историю ЧПУ.

Лучше начать с начала. Джеймс Ватт и Мэттью Болтон строили паровые двигатели в 1760-х и 70-х, но им нужно было использовать кованый железо, вызывающее утечку мимо поршня. До 1775 года, когда Джон Уилкинсон изобрел то, что считается первым станком: расточной станок, держащий режущий инструмент на обоих концах и проходящий через цилиндр. Это дало цилиндры диаметром 50 дюймов, позволив паровому двигателю Болтона и Ватта работать эффективнее — питая Индустриальную революцию.

В 1775 году Джон Уилкинсон создал то, что считается первым станком, что в свою очередь помогло создать более эффективный паровой двигатель.

Теперь немного отступим назад. В 1725 году во Франции Базиль Бушон изобрел способ управления ткацкими станками с данными, закодированными на бумаге через перфорации. Хоть это было прорывом, метод всё ещё требовал оператора до 1805 года, когда Жозеф Жаккард использовал более прочные карты в последовательности для автоматизации процесса, хотя рабочий должен был «кодировать» карты: пробивать отверстия вручную. По сути, ткацкий станок «читал» карты для «выбора» нитей и пропуска крючков на да/нет основе — двоичный код.

Перфокарты нашли применение в 1800-х: телеграфы, самовыполняющиеся пианино. Герман Холлерит использовал их для электромеханики и в 1896 основал Tabulating Machine Company, ныне известную как IBM.

Итак, у нас есть станки и компьютеры — нужно их объединить. Это привело к сервомеханизмам, созданным Г. Календаром в Англии в 1896. Серво — автоматическое устройство, корректирующее работу станков или механизмов. Сервомеханизм состоит из управляемого устройства, устройства команд, детектора ошибки и корректора ошибки. В ЧПУ-обработке сервоприводы жизненно важны для достижения требуемых допусков.

Хотя сервомеханизмы были доступны, прошло почти 50 лет до их применения в авиации. В 1942 году пионер Джон Парсонс начал использовать числовое управление (NC) для изготовления лопастей вертолетов; довёл процесс в 1946 году, наняв инженера Фрэнка Стулена. Стулен предложил использовать перфокарты IBM — они всё ещё пробивались вручную! — для лучшего определения напряжений, которые выдерживают лопасти. Вскоре после, 1949 г., ВВС США наняли Парсонса для построения точных крыльев самолетов.

Следующая эволюция пришла в 1956 году, когда MIT разработал Автоматически Программируемый Инструмент (APT) — язык для работы с NC-станком MIT. Лидер проекта Дуглас Росс позже создал термин «computer-aided design» (CAD), хотя Патрик Ханарати, ученый в GE, получил титул «Отец CAD» за язык PRONTO 1957 года, которым пользовались поздние CAD-системы.

Через CAD-софт инженеры могут проектировать сложные детали и отправлять данные прямо на ЧПУ-станок для производства.

В 1960-х компьютеры стали меньше, и компьютеры с NC объединились, создав ЧПУ. С медленным экономическим ростом в 1970-х ЧПУ стало стоимоэффективным решением, полезность росло с появлением ПК вроде Apple II и Macintosh, положивших вычислительную силу в руки обычных людей и, важно для нас, токаров.

Сегодня ЧПУ продолжает толкать границы обработки. Ушли дни, когда оборудование могло делать только одну работу. Там, где раньше оборудование только фрезеровало или точило, теперь есть станки, выполняющие множество задач и работающие до в 6 осей (будущие технологии заставят это заявление выглядеть архаично).