Em essência, a máquina-ferramenta é uma ferramenta para a máquina guiar o caminho da ferramenta - não por orientação manual direta, como as ferramentas manuais e quase todas as ferramentas humanas, até que as pessoas inventassem a máquina-ferramenta.
O controle numérico (NC) refere-se ao uso de lógica programável (dados na forma de letras, números, símbolos, palavras ou combinações) para controlar automaticamente as ferramentas de usinagem. Antes de aparecer, as ferramentas de processamento eram sempre controladas por operadores manuais.
O controle numérico computadorizado (CNC) refere-se ao envio de instruções codificadas com precisão ao microprocessador no sistema de controle da ferramenta de usinagem, de modo a melhorar a precisão e a consistência. O CNC de que se fala hoje quase se refere a fresadoras conectadas a computadores. Tecnicamente falando, pode ser usado para descrever qualquer máquina controlada por um computador.
No século passado, muitas invenções lançaram as bases para o desenvolvimento de máquinas-ferramentas CNC. Aqui, examinamos quatro elementos básicos do desenvolvimento da tecnologia de controle numérico: as primeiras máquinas-ferramentas, cartões perfurados, servomecanismos e linguagem de programação de ferramentas de programação automática (APT).
Primeiras máquinas-ferramentas
Durante a segunda revolução industrial na Grã-Bretanha, James Watt foi elogiado por criar a máquina a vapor que impulsionou a revolução industrial, mas encontrou dificuldades na fabricação da precisão dos cilindros da máquina a vapor até 1775, John Johnwilkinson criou o que é conhecido como a primeira máquina-ferramenta do mundo. para perfurar cilindros de máquinas a vapor e foi resolvido. Esta broqueadora também foi projetada por Wilkinson com base em seu canhão original;
Cartão perfurado
Em 1725, Basile Bouchon, um trabalhador têxtil francês, inventou um método de controlar teares usando dados codificados em fitas de papel através de uma série de furos. Embora seja inovador, a desvantagem deste método também é óbvia, ou seja, ainda necessita de operadores. Em 1805, o jacquard Joseph Marie adotou esse conceito, mas ele foi fortalecido e simplificado com o uso de cartões perfurados mais fortes, dispostos em sequência, automatizando assim o processo. Esses cartões perfurados são amplamente considerados a base da computação moderna e marcam o fim da indústria de artesanato doméstico na tecelagem.
Curiosamente, os teares jacquard encontraram resistência por parte dos tecelões de seda da época, que temiam que esta automatização os privasse dos seus empregos e meios de subsistência. Eles queimaram repetidamente os teares colocados em produção; No entanto, a sua resistência revelou-se inútil, porque a indústria reconheceu as vantagens dos teares automatizados. Em 1812, 11.000 teares jacquard estavam em uso na França.
Os cartões perfurados foram desenvolvidos no final de 1800 e encontraram muitos usos, do telégrafo ao piano automático. Embora o controle mecânico tenha sido decidido pelas primeiras cartas, o inventor americano Herman Hollerith criou um tabulador eletromecânico de cartões perfurados, que mudou as regras do jogo. Seu sistema foi patenteado em 1889, quando ele trabalhava para o US Census Bureau.
Herman Hollerith fundou a empresa de tabuladores em 1896 e se fundiu com outras quatro empresas para estabelecer a IBM em 1924. Na segunda metade do século 20, os cartões perfurados foram usados pela primeira vez para entrada e armazenamento de dados em computadores e máquinas de controle numérico. O formato original possui cinco fileiras de furos, enquanto as versões subsequentes possuem seis, sete, oito ou mais fileiras.
Mecanismo servo
O servomecanismo é um dispositivo automático que utiliza feedback indutivo de erro para corrigir o desempenho da máquina ou mecanismo. Em alguns casos, o servo permite que dispositivos de alta potência sejam controlados por dispositivos com potência muito menor. O servomecanismo é composto por um dispositivo controlado, outro dispositivo que dá comandos, um instrumento de detecção de erros, um amplificador de sinal de erro e um dispositivo (servo motor) que corrige erros. Os servossistemas são normalmente utilizados para controlar variáveis como posição e velocidade, sendo os mais comuns os elétricos, pneumáticos ou hidráulicos.
O primeiro servomecanismo elétrico foi fundado por H. Calendar na Grã-Bretanha em 1896. Em 1940, o MIT criou um laboratório especial de servomecanismo, que se originou da crescente atenção do Departamento de Engenharia Elétrica a este tópico. Na usinagem CNC, o sistema servo é muito importante para atingir a precisão de tolerância exigida pelo processo de usinagem automática.
Ferramenta de programação automática (APT)
A ferramenta de programação automática (APT) nasceu no Laboratório de servomecanismo do Instituto de Tecnologia de Massachusetts em 1956. É uma conquista criativa do grupo de aplicativos de computador. É uma linguagem de programação de alto nível fácil de usar, especialmente usada para gerar instruções para máquinas-ferramentas CNC. A versão original era anterior ao FORTRAN, mas versões posteriores foram reescritas com Fortran.
Apt é uma linguagem criada para funcionar com a primeira máquina NC do MIT, que é a primeira máquina NC do mundo. Depois, continuou a se tornar o padrão de programação de máquinas-ferramenta controladas por computador e foi amplamente utilizado na década de 1970. Mais tarde, o desenvolvimento do apt foi patrocinado pela Força Aérea e acabou sendo aberto ao setor civil.
Douglas T. Ross, chefe do grupo de aplicativos de computador, é conhecido como o pai do apt. Mais tarde, ele cunhou o termo “design auxiliado por computador” (CAD).
O nascimento do controle numérico
Antes do surgimento das máquinas-ferramentas CNC, o primeiro é o desenvolvimento das máquinas-ferramentas CNC e das primeiras máquinas-ferramentas CNC. Embora existam algumas diferenças nas diferentes descrições de detalhes históricos, a primeira máquina-ferramenta CNC não é apenas uma resposta aos desafios específicos de fabricação enfrentados pelos militares, mas também um desenvolvimento natural do sistema de cartões perfurados.
“O controle digital marca o início da segunda revolução industrial e a chegada da era científica em que o controle de máquinas e processos industriais mudará de rascunhos imprecisos para precisos.” – Associação dos Engenheiros de Produção.
O inventor americano John T. Parsons (1913 – 2007) é amplamente considerado o pai do controle numérico. Ele concebeu e implementou tecnologia de controle numérico com a ajuda do engenheiro aeronáutico Frank L. stulen. Como filho de um fabricante em Michigan, Parsons começou a trabalhar como montador na fábrica de seu pai aos 14 anos. Mais tarde, ele possuiu e operou várias fábricas sob a empresa familiar Parsons Manufacturing Company.
Parsons possui a primeira patente NC e foi selecionada para o Hall da Fama dos Inventores Nacionais por seu trabalho pioneiro na área de controle numérico. Parsons possui um total de 15 patentes e outras 35 foram concedidas à sua empresa. A sociedade de engenheiros de produção entrevistou Parsons em 2001 para que todos conhecessem sua história sob sua perspectiva.
Cronograma NC antecipado
1942:john T. Parsons foi subcontratado pela Sikorsky Aircraft para fabricar pás de rotor de helicóptero.
1944:devido ao defeito de projeto da viga da asa, uma das primeiras 18 pás fabricadas falhou, resultando na morte do piloto. A ideia de Parsons é perfurar a pá do rotor com metal para torná-la mais resistente e substituir cola e parafusos para fixar o conjunto.
1946:as pessoas queriam criar uma ferramenta de fabricação para produzir lâminas com precisão, o que era um desafio enorme e complexo para as condições da época. Portanto, Parsons contratou o engenheiro aeronáutico Frank Stulen e formou uma equipe de engenharia com outras três pessoas. Stulen pensou em usar cartões perfurados IBM para determinar o nível de estresse na lâmina e alugou sete máquinas IBM para o projeto.
Em 1948, o objetivo de alterar facilmente a sequência de movimento de máquinas-ferramentas automáticas foi alcançado de duas maneiras principais – em comparação com apenas definir uma sequência de movimento fixa – e está sendo realizado de duas maneiras principais: controle do traçador e controle digital. Como podemos ver, o primeiro precisa fazer um modelo físico do objeto (ou pelo menos um desenho completo, como o telefone hidrelétrico rastreador de cabos de Cincinnati). A segunda não é completar a imagem do objeto ou peça, mas apenas abstraí-la: modelos matemáticos e instruções de máquina.
1949:a Força Aérea dos EUA precisa da ajuda de uma estrutura de asa de ultraprecisão. Parsons vendeu sua máquina CNC e ganhou um contrato no valor de US$ 200.000 para torná-la realidade.
1949:Parsons e Stulen têm trabalhado com a Snyder Machine & Tool Corp. para desenvolver máquinas e perceberam que precisavam de servomotores para fazer as máquinas funcionarem com precisão. Parsons subcontratou o sistema servo da “fresadora card-a-matic” para o laboratório de servomecanismo do Instituto de Tecnologia de Massachusetts.
1952 (maio): Parsons solicitou uma patente para “dispositivo de controle de motor para posicionamento de máquinas-ferramentas”. Ele concedeu a patente em 1958.
1952 (agosto):em resposta, o MIT solicitou uma patente para “servo sistema de controle numérico”.
Após a Segunda Guerra Mundial, a Força Aérea dos EUA assinou vários contratos com a Parsons para desenvolver ainda mais a inovação em usinagem NC feita por seu fundador John Parsons. Parsons estava interessado nos experimentos realizados no Laboratório de servomecanismos do MIT e propôs que o MIT se tornasse um subcontratado do projeto em 1949 para fornecer experiência em controle automático. Nos 10 anos seguintes, o MIT ganhou o controle de todo o projeto, porque a visão de “controle de caminho contínuo de três eixos” do servolaboratório substituiu o conceito original de Parsons de “corte no posicionamento de corte”. Os problemas sempre moldam a tecnologia, mas esta história especial registrada pelo historiador David Nobre tornou-se um marco importante na história da tecnologia.
1952:O MIT demonstrou seu sistema de correia perfurada de 7 trilhos, que é complexo e caro (250 tubos de vácuo, 175 relés, em cinco gabinetes do tamanho de refrigeradores).
A fresadora CNC original do MIT em 1952 foi a Hydro Tel, uma empresa modificada de fresadoras de 3 eixos de Cincinnati.
Há sete artigos sobre “máquina autorreguladora, que representa uma revolução científica e tecnológica que moldará efetivamente o futuro da humanidade” na revista “controle automático” da Scientific American em setembro de 1952.
1955:Os controles Concord (compostos por membros da equipe original do MIT) criaram o numérico, que substituiu a fita perfurada nas máquinas NC do MIT pelo leitor de fita desenvolvido pela GE.
Armazenamento em fita
1958:Parsons obteve a patente norte-americana 2820187 e vendeu a licença exclusiva para a Bendix. IBM, Fujitsu e General Electric obtiveram sublicenças depois de começarem a desenvolver suas próprias máquinas.
1958:O MIT publicou um relatório sobre a economia da NC, que concluiu que a atual máquina NC não economizou realmente tempo, mas transferiu a força de trabalho da oficina da fábrica para as pessoas que fabricavam correias perfuradas.
Horário da postagem: 19 de julho de 2022