Essentiellement, la machine-outil est un outil permettant à la machine de guider la trajectoire de l'outil - et non par un guidage manuel direct, comme les outils manuels et presque tous les outils humains, jusqu'à ce que les gens inventent la machine-outil.
La commande numérique (NC) fait référence à l'utilisation de la logique programmable (données sous forme de lettres, de chiffres, de symboles, de mots ou de combinaisons) pour contrôler automatiquement les outils d'usinage.Avant leur apparition, les outils de traitement étaient toujours contrôlés par des opérateurs manuels.
La commande numérique par ordinateur (CNC) fait référence à l'envoi d'instructions codées avec précision au microprocesseur du système de commande de l'outil d'usinage, afin d'améliorer la précision et la cohérence.Les CNC dont on parle aujourd'hui font presque toutes référence à des fraiseuses connectées à des ordinateurs.Techniquement parlant, il peut être utilisé pour décrire n'importe quelle machine contrôlée par un ordinateur.
Au cours du siècle dernier, de nombreuses inventions ont jeté les bases du développement des machines-outils à commande numérique.Ici, nous examinons quatre éléments de base du développement de la technologie de commande numérique : les premières machines-outils, les cartes perforées, les servomécanismes et le langage de programmation des outils de programmation automatique (APT).
Les premières machines-outils
Au cours de la deuxième révolution industrielle en Grande-Bretagne, James Watt a été félicité pour avoir créé la machine à vapeur qui a propulsé la révolution industrielle, mais il a rencontré des difficultés dans la fabrication de la précision des cylindres de machines à vapeur jusqu'en 1775, John Johnwilkinson a créé ce que l'on appelle la première machine-outil au monde. pour l'alésage des cylindres de machines à vapeur et a été résolu.Cette aléseuse est également conçue par Wilkinson sur la base de son canon d'origine ;
Carte perforée
En 1725, Basile bouchon, un ouvrier textile français, a inventé une méthode de contrôle des métiers à tisser en utilisant des données codées sur des bandes de papier à travers une série de trous.Bien qu'elle soit révolutionnaire, l'inconvénient de cette méthode est également évident, c'est-à-dire qu'elle a encore besoin d'opérateurs.En 1805, Joseph Marie jacquard a adopté ce concept, mais il a été renforcé et simplifié en utilisant des cartes perforées plus solides disposées en séquence, automatisant ainsi le processus.Ces cartes perforées sont largement considérées comme la base de l'informatique moderne et marquent la fin de l'industrie artisanale du tissage.
Fait intéressant, les métiers à tisser jacquard ont été résistés par les tisserands de soie à cette époque, qui craignaient que cette automatisation ne les prive de leur emploi et de leurs moyens de subsistance.Ils brûlaient à plusieurs reprises les métiers mis en production ;Cependant, leur résistance s'est avérée vaine, car l'industrie a reconnu les avantages des métiers à tisser automatisés.En 1812, 11 000 métiers Jacquard étaient en service en France.
Les cartes perforées se sont développées à la fin des années 1800 et ont trouvé de nombreuses utilisations, du télégraphe au piano automatique.Bien que le contrôle mécanique ait été décidé par les premières cartes, l'inventeur américain Herman Hollerith a créé un tabulateur électromécanique de cartes perforées, qui a changé les règles du jeu.Son système a été breveté en 1889, alors qu'il travaillait pour le US Census Bureau.
Herman Hollerith a fondé la société de tabulation en 1896 et a fusionné avec quatre autres sociétés pour créer IBM en 1924. Dans la seconde moitié du 20e siècle, les cartes perforées ont d'abord été utilisées pour la saisie et le stockage de données d'ordinateurs et de machines à commande numérique.Le format original a cinq rangées de trous, tandis que les versions suivantes ont six, sept, huit rangées ou plus.
Servomécanisme
Le servomécanisme est un dispositif automatique qui utilise une rétroaction inductive d'erreur pour corriger les performances de la machine ou du mécanisme.Dans certains cas, l'asservissement permet aux appareils à haute puissance d'être contrôlés par des appareils avec une puissance beaucoup plus faible.Le servomécanisme est composé d'un dispositif commandé, d'un autre dispositif qui donne des commandes, d'un instrument de détection d'erreur, d'un amplificateur de signal d'erreur et d'un dispositif (servomoteur) qui corrige les erreurs.Les servosystèmes sont généralement utilisés pour contrôler des variables telles que la position et la vitesse, et les plus courants sont électriques, pneumatiques ou hydrauliques.
Le premier servomécanisme électrique a été fondé par H. Calendar en Grande-Bretagne en 1896. En 1940, le MIT a créé un laboratoire spécial de servomécanismes, né de l'attention croissante du Département de génie électrique à ce sujet.Dans l'usinage CNC, le système d'asservissement est très important pour atteindre la précision de tolérance requise par le processus d'usinage automatique.
Outil de programmation automatique (APT)
L'outil de programmation automatique (APT) est né dans le laboratoire de servomécanismes du Massachusetts Institute of Technology en 1956. Il s'agit d'une réalisation créative du groupe d'applications informatiques.Il s'agit d'un langage de programmation de haut niveau facile à utiliser, spécialement utilisé pour générer des instructions pour les machines-outils à commande numérique.La version originale était antérieure à FORTRAN, mais les versions ultérieures ont été réécrites avec Fortran.
Apt est un langage créé pour fonctionner avec la première machine NC du MIT, qui est la première machine NC au monde.Ensuite, il a continué à devenir la norme de programmation de machines-outils contrôlées par ordinateur et a été largement utilisé dans les années 1970.Plus tard, le développement d'apt a été parrainé par l'armée de l'air et a finalement été ouvert au secteur civil.
Douglas T. Ross, le chef du groupe des applications informatiques, est connu comme le père d'apt.Plus tard, il a inventé le terme "conception assistée par ordinateur" (CAO).
La naissance de la commande numérique
Avant l'émergence des machines-outils à commande numérique, la première est le développement des machines-outils à commande numérique et des premières machines-outils à commande numérique.Bien qu'il existe quelques différences dans les différentes descriptions des détails historiques, la première machine-outil CNC n'est pas seulement une réponse aux défis de fabrication spécifiques auxquels sont confrontés les militaires, mais aussi un développement naturel du système de cartes perforées.
"Le contrôle numérique marque le début de la deuxième révolution industrielle et l'arrivée de l'ère scientifique dans laquelle le contrôle des machines et des processus industriels passera de projets imprécis à des projets précis."– Association des ingénieurs de fabrication.
L'inventeur américain John T. Parsons (1913 - 2007) est largement considéré comme le père de la commande numérique.Il a conçu et mis en œuvre la technologie de commande numérique avec l'aide de l'ingénieur aéronautique Frank L. stulen.En tant que fils d'un fabricant du Michigan, Parsons a commencé à travailler comme assembleur dans l'usine de son père à l'âge de 14 ans. Plus tard, il a possédé et exploité un certain nombre d'usines de fabrication sous l'entreprise familiale Parsons Manufacturing Company.
Parsons détient le premier brevet NC et a été sélectionné au National Inventors Hall of Fame pour son travail de pionnier dans le domaine de la commande numérique.Parsons a un total de 15 brevets, et 35 autres sont accordés à son entreprise.La société des ingénieurs de fabrication a interviewé Parsons en 2001 pour que tout le monde connaisse son histoire de son point de vue.
Premier calendrier NC
1942 :john T. Parsons a été sous-traité par Sikorsky Aircraft pour fabriquer des pales de rotor d'hélicoptère.
1944 :en raison du défaut de conception de la poutre de l'aile, l'une des 18 premières pales qu'ils ont fabriquées est tombée en panne, entraînant la mort du pilote.L'idée de Parsons est de poinçonner la pale du rotor avec du métal pour la rendre plus solide et de remplacer la colle et les vis pour fixer l'ensemble.
1946 :les gens voulaient créer un outil de fabrication pour produire avec précision des lames, ce qui était un défi énorme et complexe pour les conditions de l'époque.Par conséquent, Parsons a embauché l'ingénieur aéronautique Frank stulen et a formé une équipe d'ingénieurs avec trois autres personnes.Stulen a pensé à utiliser des cartes perforées IBM pour déterminer le niveau de contrainte sur la lame, et ils ont loué sept machines IBM pour le projet.
En 1948, l'objectif de modifier facilement la séquence de mouvement des machines-outils automatiques a été atteint de deux manières principales - par rapport à la simple définition d'une séquence de mouvement fixe - et est réalisé de deux manières principales : la commande par traceur et la commande numérique.Comme nous pouvons le voir, le premier doit faire un modèle physique de l'objet (ou au moins un dessin complet, comme le téléphone hydroélectrique traceur de câble de Cincinnati).La seconde n'est pas de compléter l'image de l'objet ou de la pièce, mais seulement de l'abstraire : modèles mathématiques et instructions machine.
1949 :l'US air force a besoin de l'aide d'une structure d'aile ultra précise.Parsons a vendu sa machine CNC et a remporté un contrat d'une valeur de 200 000 $ pour en faire une réalité.
1949 :Parsons et stulen ont travaillé avec Snyder machine & tool Corp. pour développer des machines et ont réalisé qu'ils avaient besoin de servomoteurs pour faire fonctionner les machines avec précision.Parsons a sous-traité le système d'asservissement de la "fraiseuse card-a-matic" au laboratoire de servomécanismes du Massachusetts Institute of Technology.
1952 (mai) : Parsons dépose un brevet pour un "dispositif de commande de moteur pour le positionnement de machines-outils".Il a accordé le brevet en 1958.
1952 (août):en réponse, le MIT a déposé une demande de brevet pour un "système d'asservissement à commande numérique".
Après la Seconde Guerre mondiale, l'US Air Force a signé plusieurs contrats avec Parsons pour développer davantage l'innovation d'usinage NC faite par son fondateur John Parsons.Parsons s'est intéressé aux expériences menées dans le laboratoire de servomécanismes du MIT et a proposé que le MIT devienne un sous-traitant du projet en 1949 pour fournir une expertise en contrôle automatique.Au cours des 10 années suivantes, le MIT a pris le contrôle de l'ensemble du projet, car la vision du «contrôle de trajectoire continue à trois axes» du laboratoire d'asservissement a remplacé le concept original de Parsons de «positionnement de la coupe dans la coupe».Les problèmes façonnent toujours la technologie, mais cette histoire spéciale enregistrée par l'historien David Noble est devenue une étape importante dans l'histoire de la technologie.
1952 :Le MIT a démontré son système de courroie perforée à 7 rails, qui est complexe et coûteux (250 tubes à vide, 175 relais, dans cinq armoires de la taille d'un réfrigérateur).
La fraiseuse CNC d'origine du MIT en 1952 était Hydro Tel, une société de fraiseuse 3 axes modifiée de Cincinnati.
Il y a sept articles sur "la machine autorégulatrice, qui représente une révolution scientifique et technologique qui façonnera efficacement l'avenir de l'humanité" dans la revue "contrôle automatique" de Scientific American en septembre 1952.
1955 :Concord Controls (composé de membres de l'équipe d'origine du MIT) a créé une carte numérique, qui a remplacé la bande perforée sur les machines MIT NC par le lecteur de bande développé par GE.
Stockage sur bande
1958 :Parsons a obtenu le brevet américain 2820187 et a vendu la licence exclusive à Bendix.IBM, Fujitsu et General Electric ont tous obtenu des sous-licences après avoir commencé à développer leurs propres machines.
1958 :Le MIT a publié un rapport sur l'économie NC, qui concluait que la machine NC actuelle ne faisait pas vraiment gagner de temps, mais transférait la main-d'œuvre de l'atelier de l'usine aux personnes qui fabriquaient les courroies perforées.
Heure de publication : 19 juillet 2022