fbpx

Skąd się wzięło sterowanie numeryczne?

Wielu laików odwiedzając zakłady produkcyjne zajmujące się toczeniem CNC i frezowaniem CNC zastanawia się jak to wszystko działa? W czym tkwi fenomen, że na podstawie danych, liczb i kodów maszyna potrafi wykonać tak bardzo skomplikowane wyroby, mierzone w mikronach. Nie byłoby to możliwe bez sterowania numerycznego, które pozwala na precyzję, jaką nie dysponują ludzkie umiejętności i zmysły – kluczowa jest tu wiedza abstrakcyjna w formie skodyfikowanego języka sterującego.

Co było na początku?

Pierwsze formy jakiejkolwiek automatyzacji procesów produkcyjnych oparto na zastosowaniu krzywek – wykorzystywanych w pozytywkach bądź w zegarach z kukułką. Już na początku XIX wieku (1820-1830) jeden z amerykańskich innowatorów, Thomas Blanchard wynalazł tokarkę służącą do kopiowania luf od pistoletów. Śledziła ona model obracania trzonków broni wytwarzając tym samym pożądany kontur. Nie można jednak mówić o sterowaniu numerycznym, bowiem punktem odniesienia był wzorzec, wyprodukowany już wyrób, a nie skodyfikowane informacje na podstawie rysunku technicznego, pomysłu bądź projektu – praca na tej tokarce też była manualna. W tych czasach dokonywano także innych prób jakiegokolwiek sterowania, co zaowocowało stworzeniem krosna żakardowego (do produkcji tkanin) lub komputerów mechanicznych (nie wykorzystujących elektroniki).

RADMOT - Wiedza o CNC - sterowanie numeryczne


Czym jest serwomechanizm?

Wraz z dynamicznym rozwojem w tym okresie pojawiały się nowe rozwiązania. Zastosowanie hydrauliki prowadziło do wytworzenia maszyn pozwalających śledzić szablony z większą dokładnością. W General Motors w latach 50-tych XX wieku zaczęto wykorzystywać także system rejestrowania ruchów operatora, a później odtwarzać je na maszynie – wymagało to jednak doświadczonego fachowca – a programowanie było raczej fizyczne niż numeryczne.

Przełomem było wprowadzenie serwomechanizmu.

Polega on na tym, że wartość wzorcowa porównywana jest z przetworzonym przez przetwornik bieżącym sygnałem wyjściowym i powstały w ten sposób uchyb podawany jest na człon korekcyjny, a dalej na wzmacniacz. Wzmocniony sygnał trafia do siłownika (może to być odpowiedni silnik elektryczny), którego przemieszczenie jest wartością wyjściową układu. Żeby mówić o serwomechanizmie musi być system sprzężenia zwrotnego w obiegu zamkniętym, który pozwala kontrolować prędkość, położenie lub inne zmienne. W samochodach sterowanie podnoszeniem szyb nie jest serwomechanizmem, bo nie tworzy zautomatyzowanego sprzężenia zwrotnego sterującego położeniem szyby, natomiast tempomat już jest serwomechanizmem, gdyż wykorzystuje sprzężenie zwrotne w zamkniętej pętli, co pozwala na kontrolę prędkości – innymi słowy zmienne położenia i prędkości sterowane są dla potrzeb utrzymania stałej prędkości podczas jazdy.

W 1931 szwedzki imigrant Ernst Alexanderson zasugerował, by serwomechanizm zastosowany w systemie układania dział dla okrętów marynarki wojennej USA wykorzystać do sterowania wejściami do obrabiarki bez silnego fizycznego kontaktu wymaganego przez narzędzie. General Electric nie potraktowało tego pomysłu poważnie, czekając na nowe rozwiązania, mimo, że Alexanderson wyprzedził swoją koncepcją rozwiązania następnych pokoleń.

RADMOT - Wiedza o CNC - sterowanie numeryczne - John Parsons i Frank Stulen

Kim byli John Parsons i Frank Stulen??

Bill Stout, szef produkcji Ford Trimotor powiedział jednemu ze swoich pracowników – Johnowi Parsonowi, że helikoptery będą kolejną wielką rzeczą w świecie. Zadzwonił więc do Sikorsky Aircraft, aby zapytać o możliwe zamówienia i w efekcie otrzymał kontrakt na wykonanie drewnianych podłużnic w łopatach wirnika. Podczas produkcji pojawił się problem z miejscowym zgrzaniem kołnierza podłużnicy do dźwigara. Parson zaczął rozważać możliwość wykorzystania tłoczonych metalowych podłużnic zamiast drewnianych konstrukcji. Takie rozwiązanie nie było jednak łatwe do wyprodukowania ze względu na złożony zarys. Szukając pomysłu odwiedził Wright Field, aby spotkać się ze Stulenem, szefem tamtejszego oddziału. Nie do końca rozumiejąc o co chodzi Parsonowi, Stulen postanowił go jednak zatrudnić i dodatkowo stworzyć mu zespół trzech inżynierów. Brat Stulena zajmował się obliczeniami naprężeń na wirnikach helikopterów za pomocą kalkulatorów kart perforowanych. 

W dobie powszechnego dostępu do komputerów i druku brzmi to jak abstrakcja. Współcześnie możemy na naszym telefonie napisać pracę magisterską w aplikacji (choć pewnie by to zajęło dużo czasu), a następnie przesłać bezpośrednio do drukarki. Wówczas stosowano karty perforowane (a więc takie na których dokonywano dziurkowania), i przez układ kolumn i odpowiedni system numeracji rejestrowano dane. Gdy Parson zapoznał się z tym rozwiązaniem zapytał czy można je wykorzystać do wygenerowania konturu za pomocą 200 punktów i przesunąć położenie każdego z punktów na karcie o promień narzędzia tnącego. Stulen bez problemu stworzył takie karty z dużą liczbą tabel w karcie perforowanej. Do procesu produkcyjnego potrzeba było trzech operatorów – jeden odczytywał liczby z kart, a dwóch innych przesuwało głowicę tnącą we wskazane miejsce a następnie opuszczało narzędzie tnące – jeden poruszał się w osi X, drugi w osi Y. Nazywali to metodą liczbową albo pozycjonowaniem wgłębnym. Był to pracochłonny prototyp obrabiarki 2.5 osiowej. Mimo wszystko praca ta była narażona na błędy ludzkie i opóźnienia w procesie, a do pełnego zautomatyzowania pracy brakowało czytnika kart stanowiącego wejście do maszyny. Ponadto zastosowanie takiego czytnika pozwoliłoby wykrawać idealnie szablony, a liczba punktów mogłaby rosnąć wraz z precyzją wykonania. Ale na tamten czas Parsonowi brakło funduszy na weryfikację takich rozwiązań. 

Poszukujesz dostawcy elementów stalowych?

Oferujemy precyzyjną obróbkę skrawaniem metalu.

Specjalizujemy się w toczeniu i frezowaniu CNC.

Zapraszamy do kontaktu.

Wiedza o CNC - RADMOT - Wiedza o CNC - obróbka skrawaniem a przemysł 4.0
Jakie wyzwania obróbce skrawaniem stawia Przemysł 4.0?

Pionier postępowego myślenia o gospodarce i produkcji, Wiliam Edwards Deming, stwierdził, że słowo wiedza powinno być czasownikiem. Jest pojęciem dynamicznym, wymagającym ciągłej aktualizacji, prób wykorzystania jej w praktyce, weryfikacji poprawności myślenia i przede wszystkim metod jej gromadzenia w postaci danych.

RADMOT - produkcja seryjna
Jak wyprodukować dziesiątki tysięcy części, tak aby nawet jedna nie była wadliwa?

Jakość jest jednym z najważniejszych elementów decydujących o wyborze danego wyrobu bądź usługi. Potrzeby społeczeństwa rosną, a w konsekwencji także i wymagania. Jakość mierzona stopniem spełnienia wymagań ma także charakter psychologiczny związany z pojęciem satysfakcji. Dużo ważniejszy jest jednak charakter techniczny, będący perspektywą…

RADMOT - produkcja seryjna
Pomiar – od łokci po mikrony

Starożytni uczniowie Pitagorasa twierdzili, że liczby są prototypem rzeczywistości. Cały świat można odwzorować za pomocą liczb określając długość, wysokość, masę, itp. Inspiracją ich teorii był system miar stworzony przez starożytnych Egipcjan, stanowiący podstawę wykonania budowli, wzbudzających po dziś dzień podziw turystów. Najstarszą…