本質的に、工作機械は、人が工作機械を発明するまでは、手動工具やほとんどすべての人間の工具などの直接的な手動ガイドではなく、機械が工具経路をガイドするためのツールです。
数値制御 (NC) とは、プログラマブル ロジック (文字、数字、記号、単語、または組み合わせの形式のデータ) を使用して機械加工ツールを自動的に制御することを指します。それ以前は、加工ツールは常に手動オペレーターによって制御されていました。
コンピュータ数値制御 (CNC) とは、精度と一貫性を向上させるために、加工ツール制御システム内のマイクロプロセッサに正確にエンコードされた命令を送信することを指します。今日人々が口にする CNC は、そのほとんどがコンピューターに接続されたフライス盤を指します。技術的に言えば、コンピューターによって制御されるあらゆる機械を表すために使用できます。
過去 100 年間、多くの発明が CNC 工作機械の開発の基礎を築いてきました。ここでは、数値制御技術の開発の 4 つの基本要素、つまり初期の工作機械、パンチ カード、サーボ機構、および自動プログラミング ツール (APT) プログラミング言語について見ていきます。
初期の工作機械
英国の第 2 次産業革命の間、ジェームズ ワットは産業革命の原動力となった蒸気エンジンを作成したことで称賛されましたが、1775 年まで蒸気エンジン シリンダーの精度を確保するのに苦労し、ジョン ジョンウィルキンソンが世界初の工作機械として知られるものを作成しました。蒸気エンジンのシリンダーのボーリングに使用され、解決されました。この中ぐり盤もウィルキンソンがオリジナルの大砲を基に設計したものです。
パンチカード
1725 年、フランスの織物労働者であるバジル ブションは、一連の穴を通して紙テープにエンコードされたデータを使用して、織機を制御する方法を発明しました。画期的な方法ですが、この方法の欠点も明らかです。つまり、まだオペレーターが必要です。1805 年、ジョセフ マリー ジャカードはこの概念を採用しましたが、順番に配置された強力なパンチ カードを使用することで強化および単純化され、プロセスが自動化されました。これらのパンチカードは、現代のコンピューティングの基礎であると広く考えられており、織物における家庭工芸産業の終焉を示しています.
興味深いことに、ジャカード織機は、この自動化が彼らの仕事と生計を奪うのではないかと心配した当時のシルク織工によって抵抗されました.彼らは生産に投入された織機を繰り返し燃やしました。しかし、業界は自動織機の利点を認識していたため、彼らの抵抗は無駄でした。1812 年までに、フランスでは 11000 台のジャカード織機が使用されていました。
パンチ カードは 1800 年代後半に開発され、電報から自動ピアノまで、さまざまな用途に使用されました。機械的な制御は初期のカードによって決定されていましたが、アメリカの発明家ハーマン・ホレリスは、ゲームのルールを変えた電気機械パンチカードのタビュレーターを作成しました。彼のシステムは、米国国勢調査局で働いていた 1889 年に特許を取得しました。
Herman Hollerith は 1896 年にタブレーター会社を設立し、1924 年に他の 4 つの会社と合併して IBM を設立しました。20 世紀の後半に、パンチ カードはコンピューターや数値制御機械のデータ入力と保存に初めて使用されました。元のフォーマットには 5 列の穴がありましたが、その後のバージョンでは 6 列、7 列、8 列、またはそれ以上の列がありました。
サーボ機構
サーボ機構は、エラー誘導フィードバックを使用して機械または機構の性能を修正する自動装置です。場合によっては、サーボを使用すると、はるかに低電力のデバイスで高電力デバイスを制御できます。サーボ機構は、被制御装置、指令を出す装置、誤差検出器、誤差信号増幅器、誤差を補正する装置（サーボモータ）から構成されています。サーボシステムは通常、位置や速度などの変数を制御するために使用され、最も一般的なのは電気、空圧、または油圧です。
最初の電気サーボ機構は、1896 年に英国の H. calendar によって設立されました。1940 年までに、MIT は特別なサーボ機構研究所を作成しました。これは、電気工学科のこのトピックへの関心の高まりから始まりました。CNC 加工では、自動加工プロセスで要求される公差精度を達成するために、サーボ システムが非常に重要です。
自動プログラミングツール (APT)
自動プログラミングツール (APT) は、1956 年にマサチューセッツ工科大学のサーボ機構研究所で誕生しました。コンピュータ応用グループの創造的な成果です。これは、CNC 工作機械用の命令を生成するために特別に使用される、使いやすい高水準プログラミング言語です。元のバージョンは FORTRAN より前でしたが、それ以降のバージョンは Fortran で書き直されました。
Apt は、世界初の NC マシンである MIT の最初の NC マシンで動作するように作成された言語です。その後、コンピュータ制御の工作機械プログラミングの標準となり、1970 年代に広く使用されました。その後、apt の開発は空軍によって後援され、最終的には民間部門に開放されました。
コンピュータ アプリケーション グループの責任者である Douglas T. Ross は、apt の父として知られています。彼は後に「コンピュータ支援設計」（CAD）という用語を作り出しました。
数値制御の誕生
CNC工作機械が登場する前は、まずCNC工作機械と最初のCNC工作機械の開発です。歴史的な詳細の異なる説明にはいくつかの違いがありますが、最初の CNC 工作機械は、軍が直面する特定の製造上の課題への対応であるだけでなく、パンチ カード システムの自然な発展でもあります。
「デジタル制御は、第 2 の産業革命の始まりと、機械や産業プロセスの制御が不正確な設計図から正確なものに変わる科学の時代の到来を示しています。」– 製造技術者協会。
アメリカの発明家ジョン T. パーソンズ (1913 – 2007) は、数値制御の父として広く認められています。彼は、航空機エンジニアのフランク L. ストゥーレンの助けを借りて数値制御技術を考案し、実装しました。ミシガン州の製造業者の息子として、パーソンズは 14 歳で父親の工場で組立工として働き始めました。
パーソンズは最初の NC 特許を取得し、数値制御の分野における先駆的な業績により、全米発明家の殿堂に選ばれました。パーソンズは合計 15 の特許を取得しており、さらに 35 の特許が彼の企業に付与されています。製造技術者協会は 2001 年にパーソンズにインタビューを行い、彼の視点からの彼の話を皆に知らせました。
初期NCスケジュール
1942:ジョン T. パーソンズは、ヘリコプターのローター ブレードの製造をシコルスキー エアクラフトから委託されました。
1944:翼梁の設計上の欠陥により、彼らが製造した最初の 18 枚の翼の 1 つが故障し、パイロットが死亡しました。パーソンズのアイデアは、ローター ブレードを金属で打ち抜いて強度を高め、接着剤とネジを交換してアセンブリを固定するというものです。
1946:当時の人々は、ブレードを正確に製造するための製造ツールを作成したいと考えていましたが、これは当時の条件にとって非常に複雑な課題でした。そのため、パーソンズは航空機技師のフランク・スチューレンを雇い、他に 3 人でエンジニアリング チームを結成しました。Stulen は、IBM パンチ カードを使用してブレードのストレス レベルを判断することを考え、プロジェクト用に 7 台の IBM マシンをレンタルしました。
1948 年、自動工作機械のモーション シーケンスを簡単に変更するという目標は、固定されたモーション シーケンスを設定するだけでなく、主に 2 つの方法で達成され、トレーサ制御とデジタル制御の 2 つの主な方法で実行されました。ご覧のとおり、最初のモデルでは、オブジェクトの物理モデル (または、シンシナティ ケーブル トレーサーの水力発電電話など、少なくとも完全な図面) を作成する必要があります。2 つ目は、オブジェクトまたはパーツのイメージを完成させるのではなく、単に抽象化することです。数学的モデルと機械命令です。
1949:米空軍は超精密翼構造の助けを必要としています。パーソンズは彼の CNC マシンを売却し、それを実現するために 20 万ドル相当の契約を獲得しました。
1949:Parsons と stulen は、Snyder machine & tool Corp. と協力して機械を開発し、機械を正確に動作させるにはサーボ モーターが必要であることに気付きました。パーソンズは、マサチューセッツ工科大学のサーボ機構研究所に「card-a-matic milling machine」のサーボ システムを下請けしました。
1952年（5月）：パーソンズが「工作機械を位置決めするためのモーター制御装置」の特許を申請。彼は 1958 年に特許を取得しました。
1952年（8月）：これを受け、MITは「数値制御サーボシステム」の特許を申請。
第二次世界大戦後、米国空軍はパーソンズ社といくつかの契約を結び、創設者ジョン・パーソンズ氏が行った NC 機械加工の革新をさらに発展させました。パーソンズは MIT のサーボ機構研究所で行われている実験に興味を持ち、1949 年に MIT が自動制御の専門知識を提供するプロジェクトの下請け業者になることを提案しました。次の 10 年で、サーボ研究所の「3 軸連続パス制御」というビジョンが、パーソンズの「切削位置決め」という当初の概念に取って代わったため、MIT がプロジェクト全体の管理権を獲得しました。問題は常にテクノロジーを形成しますが、歴史家のデイヴィッド・ノーブルによって記録されたこの特別な物語は、テクノロジーの歴史における重要なマイルストーンになりました。
1952:MIT は、複雑で高価な 7 レールの穴あきベルト システムを実演しました (5 つの冷蔵庫サイズのキャビネットに 250 の真空管、175 のリレー)。
1952 年当時の MIT の最初の CNC フライス盤は、改造された 3 軸シンシナティ フライス盤会社である Hydro Tel でした。
1952 年 9 月のサイエンティフィック アメリカン誌の「自動制御」誌には、「人類の未来を効果的に形作る科学技術革命を代表する自己調整機械」に関する 7 つの記事があります。
1955:コンコード コントロール (MIT の元のチームのメンバーで構成) は、MIT NC マシンの穴あきテープを GE が開発中のテープ リーダーに置き換えた数値カードを作成しました。
テープ保管
1958:パーソンズは米国特許第 2820187 号を取得し、その独占的ライセンスを Bendix に売却しました。IBM、富士通、ゼネラル・エレクトリックは、独自のマシンの開発を開始した後、すべてサブライセンスを取得しました。
1958:MIT は NC 経済学に関するレポートを発表し、現在の NC マシンは実際には時間を節約できなかったが、労働力を工場の作業場から穴あきベルトを作る人々に移したと結論付けました。
投稿時間: 2022 年 7 月 19 日