Lịch sử gia công CNC – Phần 3

Sự phát triển từ NC sang CNC

Cho đến những năm 1950, các máy được điều khiển bằng số chạy trên dữ liệu từ thẻ đục lỗ được vận hành bằng cách sử dụng quy trình thủ công. Bước ngoặt trong quá trình phát triển thành CNC là khi các thẻ được thay thế bằng điều khiển máy tính, đây là kim chỉ nam dẫn đến sự phát triển của máy tính, cũng như thiết kế được hỗ trợ bằng máy tính (CAD) và các chương trình gia công hỗ trợ bằng máy tính (CAM).

Gia công trở thành một trong những ứng dụng đầu tiên của máy tính. Mặc dù công cụ phân tích của Charles Babbage, được phát triển vào giữa những năm 1800, được ghi nhận là máy tính đầu tiên theo nghĩa hiện đại. Máy tính thời gian thực của Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) Whirlwind I (cũng được sinh ra từ Phòng thí nghiệm Phục vụ) là một trong máy đầu tiên tính toán song song và sử dụng bộ nhớ lõi từ (hình dưới).

Nhóm nghiên cứu đã có thể sử dụng máy để mã hóa việc sản xuất băng đục lỗ do máy tính điều khiển. Whirlwind ban đầu đã sử dụng khoảng 5.000 ống chân không và nặng khoảng 20.000 lbs.

Bộ nhớ của dự án Whirlwind, khoảng năm 1951.

John Parsons, giải thích về lý do tại sao phải mất quá nhiều thời gian giữa việc cấp phép bằng sáng chế NC và việc sử dụng rộng rãi NC:

“Sự tiến bộ chậm trong sự phát triển máy tính là một phần của vấn đề. Ngoài ra, những người đang cố gắng bán ý tưởng đã thực sự biết sản xuất – họ là những người sử dụng máy tính. Khái niệm NC rất lạ đối với các nhà sản xuất, và rất khó để bắt kịp, đến nỗi chính Quân đội Hoa Kỳ cuối cùng đã phải chế tạo 120 máy NC và cho các nhà sản xuất khác nhau thuê để bắt đầu phổ biến chúng.”

Dòng thời gian của sự phát triển từ NC sang CNC

Giữa những năm 1950: G-code, ngôn ngữ lập trình NC được sử dụng rộng rãi nhất được sinh ra từ Phòng thí nghiệm Cơ cấu MIT. Mã G được sử dụng để báo cho các máy công cụ với máy tính biết cách tạo ra thứ gì đó. Các hướng dẫn được gửi đến bộ điều khiển máy, sau đó cho các động cơ biết tốc độ di chuyển và đường đi cần đi theo.

1956: Không quân đề xuất tạo ra một ngôn ngữ lập trình chung để điều số được đồng nhất và dễ dàng. Một bộ phận nghiên cứu mới của MIT, do Doug Ross đứng đầu và đặt tên là Nhóm Ứng dụng Máy tính, bắt đầu thực hiện đề xuất này, phát triển cái được gọi là ngôn ngữ lập trình Công cụ lập trình tự động (APT).

1957: Hiệp hội các ngành công nghiệp máy bay và một bộ phận của Không quân hợp tác với MIT để chuẩn hóa công việc với APT và tạo ra máy CNC chính thức đầu tiên. Được tạo trước khi các giao diện đồ họa và FORTRAN được phát minh. APT chỉ sử dụng văn bản để truyền tải hình học và đường chạy dao đến một máy được điều khiển số (NC). (Các phiên bản sau này được viết bằng FORTRAN và APT cuối cùng đã được phát hành trong phạm vi rộng khắp.)

1957: Khi làm việc tại General Electric, nhà khoa học máy tính người Mỹ Patrick J. Hanratty phát triển và phát hành một ngôn ngữ lập trình điều khiển số thương mại ban đầu có tên Pronto. Đặt nền tảng cho các chương trình CAD trong tương lai và mang lại cho ông danh hiệu không chính thức là Cha của CAD / CAM.

“Vào ngày 11 tháng 3 năm 1958, một kỷ nguyên mới trong sản xuất đã ra đời. Lần đầu tiên trong lịch sử sản xuất, một số máy móc sản xuất lớn, được điều khiển bằng điện tử, hoạt động đồng thời như một dây chuyền sản xuất tích hợp. Hầu như không được giám sát, các máy này đã được khoan, doa, phay và chuyển các chi tiết không liên quan từ máy này sang máy khác.”

1959: Nhóm MIT tổ chức một cuộc họp báo để giới thiệu sự phát triển máy CNC mới của họ. Nổi tiếng nhất là một cái gạt tàn bằng nhôm phay CNC được đưa ra như một phần của cuộc họp báo.

1959: Không quân ký hợp đồng một năm với Phòng thí nghiệm hệ thống điện tử của MIT để phát triển Dự án thiết kế hỗ trợ bằng máy tính. Kết quả là Thiết kế kỹ thuật tự động (AED), được phát hành rộng rãi vào năm 1965.

1959: General Motors (GM) bắt đầu làm việc với cái được gọi là Design Augmented by Computer (DAC-1), một trong những hệ thống CAD đồ họa sớm nhất. Năm thứ hai, họ đưa IBM vào làm cộng tác viên. Các bản vẽ có thể được quét vào hệ thống, trong đó số hóa chúng, và việc sửa đổi vẫn có thể được thực hiện.

Phần mềm bổ sung sau đó có thể chuyển đổi các dòng thành hình dạng 3D và xuất thành APT để gửi đến các máy phay. DAC-1 được phát hành vào năm 1963 và được công bố vào năm 1964.

1962: Hệ thống CAD đồ họa thương mại đầu tiên, Máy soạn thảo điện tử (EDM), được phát triển tại nhà thầu quốc phòng Hoa Kỳ Itek và trở nên khả dụng. Được mua bởi công ty máy tính lớn và siêu máy tính Control Data Corporation, nó được đổi tên thành Digiclesics. Ban đầu, nó được sử dụng bởi Lockheed Corporation để chế tạo các chi tiết cho máy bay vận tải quân sự C-5 Galaxy. Thể hiện ví dụ đầu tiên về hệ thống sản xuất CAD / CNC đầu cuối.

Tạp chí Time đã viết về EDM vào tháng 3 năm 1962:

“Các nhà điều hành Các thiết kế của nhà cung cấp thông qua bảng điều khiển vào một máy tính rẻ tiền, giúp giải quyết các vấn đề và lưu trữ các câu trả lời trong các ngân hàng bộ nhớ của nó ở cả dạng số hóa và trên microfilm. Chỉ cần nhấn các nút và phác thảo bằng bút sáng, kỹ sư có thể tham gia vào một cuộc đối thoại đang chạy với EDM, nhớ lại bất kỳ bản vẽ nào trước đó của anh ta trên màn hình trong một mili giây và thay đổi các đường và đường cong của nó theo ý muốn.”

1963: Ivan Sutherland, một ứng cử viên tiến sĩ tại MIT, đệ trình luận án của ông có tựa đề là “Phác thảo: Hệ thống giao tiếp đồ họa người máy”, mô tả giao diện người dùng đồ họa đầu tiên chạy trên máy tính TX-2 của MIT Lincoln Labs (phiên bản được chuyển đổi của Whirlwind), một trong những cỗ máy mạnh nhất và mạnh nhất thế giới lúc bấy giờ, với bộ nhớ lõi 306 kilobyte.
TX-2 có màn hình hiển thị dao động, các nút có thể lập trình để nhập lệnh, bút sáng cho đầu vào và máy vẽ bút cho đầu ra, cho phép Sketchpad tương tác, trái ngược với các chương trình trước đó, được định hướng theo đợt. Sketchpad đã loại bỏ các câu lệnh được gõ có lợi cho các bản vẽ đường thẳng, đặc biệt hữu ích khi truyền đạt những thứ như hình dạng của một bộ phận cơ học hoặc các kết nối của mạch điện. 

Ivan Sutherland làm việc trên TX-2

Sơ đồ của cây bút ánh sáng Sutherland được sử dụng trên TX-2 với Bảng vẽ phác thảo

Các nhà thiết kế cơ điện và điện tử cần một công cụ để tăng tốc công việc thường xuyên và tốn thời gian của họ. Để đáp ứng nhu cầu này, Ivan E. Sutherland thuộc khoa kỹ thuật điện MIT đã tạo ra một hệ thống để biến một máy tính kỹ thuật số thành đối tác tích cực của nhà thiết kế.

Máy CNC đạt được mức độ sử dụng phổ biến

Trong giữa những năm 60, sự ra đời của máy tính mini giá cả phải chăng là một cuộc chơi thay đổi ngành công nghiệp. Những cỗ máy mạnh mẽ này chiếm ít không gian hơn so với các máy tính lớn có kích thước phòng được sử dụng cho đến nay, nhờ vào công nghệ bộ nhớ và bóng bán dẫn mới.

Máy tính mini, còn được gọi là máy tính tầm trung, tự nhiên cũng đi kèm với một mức giá phải chăng hơn, giải phóng chúng khỏi giới hạn trước đây của một công ty hoặc quân đội và đặt tiềm năng về độ chính xác và độ đồng đều đáng tin cậy trong tay các công ty nhỏ hơn và các doanh nghiệp.

Ngược lại, máy vi tính đơn giản chạy các hệ điều hành đơn giản như MS-DOS, trong khi bộ bikini là 16 bit hoặc 32 bit. Các công ty tiên phong bao gồm DEC, Data General và Hewlett-Packard (HP) (hiện đang đề cập đến các máy tính mini trước đây của nó, như HP3000, với tư cách là máy chủ của Drake).

 PDP-8 của Tập đoàn Thiết bị Kỹ thuật số (DEC) được trưng bày tại Bảo tàng Lịch sử Quốc gia Hoa Kỳ, một trong những máy tính mini đầu tiên thường được dành riêng để chạy một máy phay.
Trong những năm đầu thập niên 1970, tăng trưởng kinh tế chậm chạp và chi phí việc làm tăng cao khiến gia công CNC có vẻ như là một giải pháp tuyệt vời, hiệu quả về chi phí và nhu cầu về các máy hệ thống NC chi phí thấp tăng lên.

Trong khi các nhà nghiên cứu của Hoa Kỳ tập trung vào các ngành công nghiệp phần mềm và cao cấp như hàng không vũ trụ, thì Đức (được Nhật Bản gia nhập vào thập niên 80) đã vượt qua Hoa Kỳ về doanh số bán máy bằng cách tập trung vào các thị trường giá rẻ. Tuy nhiên, có một loạt các công ty và nhà cung cấp CAD của Mỹ tại thời điểm này, bao gồm UGS Corp, Computervision, Applicon và IBM.

Vào những năm 1980, khi chi phí cho phần cứng dựa trên bộ vi xử lý giảm xuống và mạng cục bộ (LAN, một mạng máy tính kết nối với các hệ thống khác) đã xuất hiện, chi phí và khả năng tiếp cận của các máy CNC cũng tăng. Vào nửa cuối thập niên 80, máy tính mini và thiết bị đầu cuối máy tính lớn đã được thay thế bằng máy trạm và máy tính cá nhân (PC), kết nối các máy CNC từ các trường đại học và công ty có truyền thống (vì họ là những người duy nhất có thể đủ khả năng cho các máy tính đắt tiền đi kèm).

Năm 1989, Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia, một cơ quan của Bộ Thương mại Chính phủ Hoa Kỳ, đã tạo ra dự án Bộ điều khiển máy nâng cao (EMC2, sau đổi tên thành LinuxCNC), một hệ thống phần mềm GNU / Linux nguồn mở để điều khiển các máy CNC sử dụng chung máy tính đich. LinuxCNC đã mở đường cho một tương lai của máy CNC cá nhân, tiếp tục là ứng dụng tiên phong cho điện toán.

Xem tiếp Phần 4 – Sự phát triển của máy CNC để bàn