Эволюция станков с ЧПУ: от XVIII века к современному точному производству

Современный столп производства — компьютерное числовое управление (ЧПУ) — восходит к 1940-м годам, когда появились первые станки с числовым управлением (НУ). Однако токарные станки возникли значительно раньше. Уже в 1751 году был изобретен станок для замены ручного труда и повышения точности. Прошло еще много времени, прежде чем концепция обрела возможности современной компании по ЧПУ-производству.

Обрабатывающие техники, ставшие основой ЧПУ-производства, ознаменовали начало индустриализации. Современное определение ЧПУ-обработки более точно: загрузка 3D-файлов в компьютер, запускающий программу управления движением инструментов в обрабатывающем центре. Процесс полностью автоматизирован — от осей и скорости вращения режущих инструментов до достижения заданных размеров детали.

Что такое станок с ЧПУ?

Станок с ЧПУ — это система, объединяющая множество инструментов (сверла, токарные станки, фрезы), построенных в ячейки, из которых машина выбирает нужный. Он предназначен для изготовления трехмерных деталей. Простейшие станки движутся в одной или двух осях. Продвинутые системы обеспечивают движение по осям X и Y и продольное перемещение по оси Z. Многие способны на вращательное движение и даже автоматический переворот деталей для обработки со всех сторон без участия оператора.

Ранние этапы работы с ЧПУ

Хотя идея существовала давно, первая концепция числового управления была разработана только в 1949 году. Джон Т. Парсонс, пионер вычислительной техники, создал её в рамках исследовательского проекта ВВС в Массачусетском технологическом институте (МИТ). В лаборатории сервомеханизмов института был построен опытный фрезерный станок с целью использования приводных осей для изготовления лопастей вертолетов и жестких обшивок для авиации.

Корпорация Парсонс в Травёрс-Сити (Мичиган) приступила к работе над первой системой еще до сотрудничества с МИТ. Парсонс использовал множитель IBM 602A для расчета координат аэродинамических профилей. Точки данных подавались в швейцарский растачивательный станок через перфокарты. Предустановленная информация позволяла производить детали для вертолетов — это был предтеча программирования ЧПУ-станков.

Идея развивалась, и в 1952 году Ричард Кегг (в сотрудничестве с МИТ) представил Cincinnati Hydro-Tel — 28-дюймовый вертикально-шпиндельный контурный фрезерный станок. Коммерческое введение сопровождалось патентом на «Моторизированный управляемый аппарат с позиционирующим станочным инструментом». Начальный прототип, управляемый восьмиколонной перфолентой, ленточным считывателем и электронной системой управления на электронных лампах, стал фокусом для будущих разработок.

Ранние ЧПУ-станки 1940–1950-х использовали перфоленту, тогда широко применявшуюся в телекоммуникациях и хранении данных. Эта технология была заменена аналоговыми вычислительными технологиями. С 1960-х по 1970-е появились цифровые технологии, сделавшие производственный процесс автоматизированным и более эффективным.

Парсонс получил награды за раннюю работу. В 1968 году ему вручили первую Премию имени Жозефа Мари Жаккара от Общества числового управления. Общество инженеров-производителей наградило его почетной плиткой в 1975 году, назвав Парсонса «Отцом Второй промышленной революции».

Эволюция современного ЧПУ-завода

Высокоавтоматизированные системы управления движением, которые используют производители сегодня, все еще основаны на трех основных компонентах своих предшественников. Им требуются: функция команды (цифровая или аналоговая система, камера-повторитель или ручка для активации); приводная/двигательная система (двигатель, цилиндр, клапан или сцепление); и система обратной связи (энкодер). В ранних НУ-станках управляющий уровень скользил по каме. В свою очередь, двигатель вращался для работы станка, но если кабель обратной связи лопался, поток жидкости нельзя было остановить.

Современные ЧПУ-станки управляются электронно, поэтому такой сценарий крайне маловероятен. Конечные результаты стали более предсказуемыми. Кроме того, они могут обрабатывать практически любые материалы: металл, дерево, пластик, стекловолокно или пену.

Также были разработаны новые методы обработки. Используя ту же концепцию, что и ЧПУ-обработка, они включают электронно-лучевую, электроэрозионную и фотолитографическую обработку. Их выбор зависит от материала в массовом производстве. Также распространены лазерные, газорезательные, водоструйные и плазменные резательные станки.

Развитие на базе быстрого прототипирования

Взгляд на быстрое прототипирование менялся годами, но концепция применялась с самых первых перфолент и систем числового управления. До этого все детали обрабатывались вручную; даже системы с перфолентой произвели революцию. Сегодня существует множество вариантов прототипирования в зависимости от материала, экономики и сложности ЧПУ-деталей.

Доступные инструменты и оси вращения по-прежнему делают ЧПУ-станки привлекательными и крайне полезными. С появлением 3D-печати эти преимущества начали показывать свои ограничения. 3D-принтер может создавать сложные детали, включая внутренние компоненты. В зависимости от приложения выбор материалов может быть ограничен, поэтому ЧПУ-системы остаются предпочтительным выбором, особенно для разработки прототипов.

Значение ЧПУ-производства сегодня

Роль традиционных наладчиков быстро уходит в прошлое. В XXI веке спрос на специалистов по ЧПУ растет. Организации вроде Института технических специальностей предлагают обучение, чтобы наладчики приобрели навыки для работы в этой сфере. Во многих отраслях прогнозы трудового рынка надежны: некоторые предсказывают, что технологические рабочие места, включая операторов ЧПУ-оборудования, составят 40% будущих вакансий.¹

ЧПУ-производство с Laszeray Technology LLC

Мы — полноцикловая компания по ЧПУ-производству, специализирующаяся на ЧПУ-обработке и быстром прототипировании для авиакосмической, нефтегазовой, медицинской, транспортной, электронной и других отраслей. Наши операции включают четырех- и пятиосевые возможности. Мы применяем токарные, фрезерные, шлифовальные, маршрутизационные станки и крановые подъемники для производственных циклов.

Узнайте больше о наших производственных возможностях, разработке продуктов, проектной инженерии и услугах ЧПУ-обработки, выполняемых на нашем ISO-сертифицированном, огайском термостатируемом объекте, звони по телефону 440-582-8430 сегодня.

Источник:

1. https://www.instituteoftechnicaltrades.com/blog/history-computer-numerical-control/