Lịch sử gia công CNC – Phần 1

Con người, những câu chuyện và những phát minh đã tạo ra ngày hôm nay

Tại CNCVina, chúng tôi sử dụng các máy gia công CNC với độ tin cậy và độ chính xác cao phục vụ gia công. Cụm từ gia công CNC, máy CNC đã trở nên thân thuộc với hầu hết những người trong ngành cơ khí. Nhưng không phải ai trong chúng ta cũng biết rõ nguồn gốc ra đời và sự phát triển của máy CNC, ngành gia công CNC đã trải qua những gì.

Chúng tôi bắt đầu cuộc hành trình khám phá lịch sử của CNC. Những gì chúng tôi tìm thấy là một câu chuyện hấp dẫn về nhiệm vụ của con người để tăng hiệu quả và độ chính xác thông qua máy móc.

Câu chuyện đầy thú vị này hi vọng đáng để bạn giành thời gian đọc hết 4 phần bài viết của chúng tôi sau đây.

Trong loạt bài gồm 4 phần này, chúng tôi chia sẻ những gì chúng tôi đã học được. Mặc dù chúng tôi đã đào sâu và tìm kiếm các thông tin nhưng nếu chúng tôi bỏ lỡ một người hoặc thiết bị hoặc một sự kiện nào đó quan trọng, vui lòng cho chúng tôi biết trong các nhận xét của bạn dưới mỗi bài viết.

Hãy chắc chắn bạn có hứng thú với Phần 3: Sự phát triển từ NC sang CNC

và Phần 4: Từ sàn nhà máy đến chiếc máy để bàn

Ở đây, trong Phần 1+2, trước tiên chúng ta xem xét các cơ chế tiền thân đặt nền tảng và chuỗi các sự kiện dẫn đến sự ra đời của công nghệ điều khiển số. Hãy bắt đầu với những khái niệm cơ bản. Về cốt lõi, một máy công cụ là một máy trong đó hệ thống điều khiển có khả năng hướng dẫn các đường chạy dao – trái ngược với điều khiển bằng hướng dẫn trực tiếp, tự do của con người, như với dụng cụ cầm tay và khá nhiều công cụ khác cho đến khi phát minh ra máy công cụ Điều khiển số.

(NC) có nghĩa là sử dụng lập trình logic(dữ liệu ở dạng chữ cái, số, ký hiệu, từ hoặc kết hợp) để tự động hóa điều khiển các công cụ gia công. Trước khi ra đời, các công cụ gia công luôn được kiểm soát bởi người vận hành máy. Điều khiển số máy tính (CNC) ra đời sau đó là khi các lệnh được mã hóa chính xác được gửi đến bộ vi xử lý trong hệ thống điều khiển của công cụ gia công, cho phép nâng cao độ chính xác và nhất quán.

Khi mọi người ngày nay nói về CNC, họ hầu như luôn hiểu theo nghĩa là một 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.

Cơ cấu tiền nhiệm

Một số phát minh là rất cần thiết để đặt nền tảng cho sự phát triển của máy CNC. Chúng tôi xem xét bốn yếu tố cần thiết ở đây: máy công cụ sơ khai, thẻ đục lỗ, cơ cấu phục vụ và ngôn ngữ lập trình Công cụ lập trình tự động (APT).

Máy công cụ sơ khai

Đầu tiên, một sự đột biến cho những gì được coi là máy móc công cụ ra đời đầu tiên: Năm 1775, máy khoan John Wilkinson nhiệt là giải pháp cho các xi lanh chính xác phục vụ động cơ hơi nước.James Watt được cho là đã tạo ra động cơ hơi nước, tạo ra cuộc Cách mạng Công nghiệp lần thứ 2 ở Anh, nhưng anh ta gặp vấn đề với độ chính xác phù hợp trong các xi lanh động cơ hơi nước của mình – cho đến khi Wilkinson chế tạo máy khoan xi lanh động cơ của mình, dựa trên thiết kế ban đầu máy doa.

Wilkinson đã doa một số hình trụ mà không sai xót với độ dày của một chiếc shilling cũ

Thẻ đục lỗ

Năm 1725, công nhân dệt may người Pháp Basile Bouchon đã phát minh ra một cách để kiểm soát khung dệt bằng cách sử dụng dữ liệu được mã hóa trên băng giấy thông qua một loạt các lỗ đục. Tuy là bước đột phá, phương pháp này rất mong manh và vẫn cần một người vận hành.Năm 1805, Joseph Marie Jacquard đã áp dụng khái niệm này nhưng đã củng cố và đơn giản hóa nó bằng cách buộc các thẻ cứng hơn theo trình tự, từ đó có thể tự động hóa quy trình. Những thẻ đục lỗ này được coi là nền tảng cho những gì đã trở thành điện toán hiện đại, và báo hiệu sự kết thúc của ngành dệt tiểu thủ công nghiệp. Thật thú vị, máy dệt Jacquard đã gặp phải sự phản đối của những người thợ dệt lụa thời đó. Người ta sợ tự động hóa sẽ cướp đi công việc và sinh kế của họ. Họ liên tục đốt các khung dệt được đưa vào sản xuất; tuy nhiên, sức phản kháng của họ tỏ ra vô ích khi ngành công nghiệp đã nhận ra những lợi thế của máy dệt. Đến năm 1812, tại Pháp, đã có 11.000 máy dệt Jacquard được sử dụng.

Thẻ đục lỗ được sử dụng trong khung dệt Jacquard, như hình ảnh tại Bảo tàng Công nghệ Đức ở Berlin.

Thẻ đục lỗ được phát triển trong suốt nửa sau của những năm 1800 với nhiều công dụng, từ điện báo đến đàn piano tự chơi. Trong khi những ứng dụng đầu tiên người ta chỉ xác định dùng chúng để điều khiển cơ học. Nhà phát minh người Mỹ Herman Hollerith đã đi tiên phong trong thay đổi cuộc chơi cho một máy tính bảng đục lỗ điện cơ.

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. Năm 1896, ông thành lập Công ty Máy Tabulation, được hợp nhất với bốn công ty khác để thành lập IBM vào năm 1924. Trong nửa sau của thế kỷ 20, thẻ đục lỗ lần đầu tiên được sử dụng để nhập và lưu trữ dữ liệu trong máy tính và máy được điều khiển bằng số. Định dạng ban đầu có năm hàng lỗ, trong khi các phiên bản tiếp theo có sáu, bảy, tám hoặc nhiều hàng.

Một thẻ đục lỗ kiểu 80 cột của IBM.

Cơ cấu servo – Servomechanisms

Cơ cấu servo là một thiết bị tự động sử dụng tiếp nhận phản hồi lỗi để điều chỉnh hiệu suất của máy hoặc cơ cấu. Trong một số trường hợp, servo cho phép kiểm soát lượng điện năng lớn bằng một thiết bị có công suất thấp hơn nhiều.Cơ chế phục vụ bao gồm một thiết bị được điều khiển, một thiết bị khác đưa ra lệnh, bộ phát hiện lỗi, bộ khuếch đại tín hiệu lỗi và thiết bị để sửa lỗi (động cơ servo). Servo thường được sử dụng để kiểm soát các biến như vị trí và tốc độ và phổ biến nhất là điện, khí nén hoặc thủy lực.

Cơ chế servo điện đầu tiên được tạo ra ở Anh bởi H. Calendar vào năm 1896. Đến năm 1940, MIT đã tạo ra một Phòng thí nghiệm servo chuyên dụng, phát triển từ Khoa Kỹ thuật Điện, để ý đến vấn đề này. Trong gia công CNC, động cơ servo là rất cần thiết để đạt được dung sai cần thiết của quy trình gia công tự động.

Từ động cơ servo được ghi nhận cho J.M. Farcot Từ 1868 sử dụng của le le servomoteur (động cơ nô lệ) để mô tả động cơ thủy lực và hơi nước để sử dụng trong lái tàu. Nikola Tesla đã sử dụng một cơ cấu servo điện để điều khiển các model tàu của mình từ xa; ông đã được cấp bằng sáng chế cho hệ thống của mình vào năm 1898.

Công cụ lập trình tự động (APT)

Ra đời từ Phòng thí nghiệm Cơ cấu servo MIT năm 1956, là một đứa con tinh thần của Nhóm Ứng dụng Máy tính, Công cụ lập trình tự động (APT) là một ngôn ngữ lập trình cấp cao, dễ sử dụng nhằm mục đích tạo ra các hướng dẫn cho các máy công cụ được điều khiển số.

Phiên bản gốc FORTRAN có trước, nhưng các phiên bản sau được viết lại trong FORTRAN.

APT là ngôn ngữ được tạo ra để hoạt động với máy NC đầu tiên của MIT, một trong những ngôn ngữ đầu tiên trên thế giới. Nó đã trở thành tiêu chuẩn để lập trình các máy công cụ điều khiển bằng máy tính và được sử dụng rộng rãi trong suốt những năm 1970. Sự phát triển của APT được tài trợ bởi Không quân.

Người đứng đầu Tập đoàn Ứng dụng Máy tính, Douglas T. Ross, được biết đến là cha đẻ của APT. Sau đó, ông cũng đặt ra thuật ngữ thiết kế hỗ trợ máy tính (CAD).