본질적으로 공작기계는 기계가 공구 경로를 안내하는 도구입니다. 사람이 공작기계를 발명하기 전까지는 수동 공구나 거의 모든 인간 도구와 같은 직접적이고 수동적인 안내가 아닙니다.
수치 제어(NC)는 프로그래밍 가능한 논리(문자, 숫자, 기호, 단어 또는 조합 형태의 데이터)를 사용하여 가공 도구를 자동으로 제어하는 것을 의미합니다. 등장하기 전에는 가공 도구는 항상 수동 작업자에 의해 제어되었습니다.
컴퓨터 수치 제어(CNC)는 정확도와 일관성을 향상시키기 위해 기계 공구 제어 시스템의 마이크로프로세서에 정확하게 인코딩된 명령을 보내는 것을 의미합니다. 오늘날 사람들이 이야기하는 CNC는 거의 모두 컴퓨터에 연결된 밀링 머신을 의미합니다. 기술적으로 말하면 컴퓨터로 제어되는 모든 기계를 설명하는 데 사용할 수 있습니다.
지난 세기 동안 많은 발명품이 CNC 공작 기계 개발의 기반을 마련했습니다. 여기에서는 수치 제어 기술 개발의 네 가지 기본 요소인 초기 공작 기계, 펀치 카드, 서보 메커니즘 및 자동 프로그래밍 도구(APT) 프로그래밍 언어를 살펴봅니다.
초기 공작기계
영국의 2차 산업혁명 당시 제임스 와트(James Watt)는 산업혁명을 이끈 증기기관을 만들어 칭송받았으나 1775년까지 증기기관 실린더의 정밀도를 만드는 데 어려움을 겪었고, 존 존윌킨슨(John Johnwilkinson)이 세계 최초의 공작기계를 만들었다. 지루한 증기 기관 실린더에 대한 문제가 해결되었습니다. 이 지루한 기계는 Wilkinson이 원래 대포를 기반으로 설계했습니다.
펀치 카드
1725년 프랑스의 섬유 노동자 바실리 부숑(Basile Bouchon)은 일련의 구멍을 통해 종이 테이프에 암호화된 데이터를 사용하여 직기를 제어하는 방법을 발명했습니다. 획기적이긴 하지만 이 방법의 단점도 분명합니다. 즉, 여전히 연산자가 필요합니다. 1805년 Joseph Marie Jacquard가 이 개념을 채택했지만, 순서대로 배열된 더 강한 펀치 카드를 사용하여 강화되고 단순화되어 프로세스가 자동화되었습니다. 이 천공 카드는 현대 컴퓨팅의 기초로 널리 알려져 있으며 직조 분야의 가정 수공예 산업의 종말을 의미합니다.
흥미롭게도 당시 비단 직조공들은 자카드 직기를 반대했는데, 그들은 자동화로 인해 일자리와 생계가 박탈될 것을 우려했습니다. 그들은 생산에 투입된 직기를 반복적으로 태웠습니다. 그러나 업계가 자동화 직기의 장점을 인식했기 때문에 이들의 저항은 소용이 없었습니다. 1812년까지 프랑스에서는 11,000개의 자카드 직기가 사용되었습니다.
천공 카드는 1800년대 후반에 개발되었으며 전신에서 자동 피아노에 이르기까지 다양한 용도로 사용되었습니다. 기계적인 제어는 초기 카드에 의해 결정되었지만 미국의 발명가인 Herman Hollerith는 게임의 규칙을 바꾼 전자 기계식 펀치 카드 도표를 만들었습니다. 그의 시스템은 그가 미국 인구 조사국에서 일하던 1889년에 특허를 받았습니다.
Herman Hollerith는 1896년에 Tabulator 회사를 설립하고 1924년에 다른 4개의 회사와 합병하여 IBM을 설립했습니다. 20세기 후반에 천공 카드는 컴퓨터와 수치 제어 기계의 데이터 입력 및 저장에 처음으로 사용되었습니다. 원래 형식에는 5줄의 구멍이 있는 반면 후속 버전에는 6, 7, 8개 이상의 행이 있습니다.
서보 메커니즘
서보 메커니즘은 오류 유도 피드백을 사용하여 기계 또는 메커니즘의 성능을 수정하는 자동 장치입니다. 어떤 경우에는 서보를 사용하여 고전력 장치를 훨씬 낮은 전력을 사용하는 장치로 제어할 수 있습니다. 서보 메커니즘은 제어 장치, 명령을 내리는 다른 장치, 오류 감지 장치, 오류 신호 증폭기 및 오류를 수정하는 장치(서보 모터)로 구성됩니다. 서보 시스템은 일반적으로 위치, 속도 등의 변수를 제어하는 데 사용되며 가장 일반적인 것은 전기식, 공압식 또는 유압식입니다.
최초의 전기 서보 메커니즘은 1896년 영국의 H. Calendar에 의해 설립되었습니다. 1940년에 MIT는 이 주제에 대한 전기 공학부의 관심이 높아지면서 특수 서보 메커니즘 실험실을 설립했습니다. CNC 가공에서 자동 가공 공정에 필요한 공차 정확도를 달성하려면 서보 시스템이 매우 중요합니다.
자동 프로그래밍 도구(APT)
자동 프로그래밍 도구(APT)는 1956년 매사추세츠 공과대학 서보 메커니즘 연구실에서 탄생했습니다. 이는 컴퓨터 응용 분야의 창의적인 성과입니다. CNC 공작 기계에 대한 지침을 생성하는 데 특별히 사용되는 사용하기 쉬운 고급 프로그래밍 언어입니다. 원래 버전은 FORTRAN보다 이전 버전이었지만 이후 버전은 Fortran으로 다시 작성되었습니다.
Apt는 세계 최초의 NC 기계인 MIT 최초의 NC 기계와 동작하기 위해 만들어진 언어입니다. 이후 계속해서 컴퓨터로 제어되는 공작 기계 프로그래밍의 표준이 되었으며 1970년대에는 널리 사용되었습니다. 이후 아파트 개발은 공군의 지원을 받아 결국 민간에도 개방됐다.
컴퓨터 응용그룹의 수장인 더글러스 T. 로스(Douglas T. Ross)는 아파트의 아버지로 알려져 있다. 그는 나중에 "컴퓨터 지원 설계(CAD)"라는 용어를 만들었습니다.
수치 제어의 탄생
CNC 공작기계가 출현하기 전, 첫 번째는 CNC 공작기계의 개발과 최초의 CNC 공작기계이다. 역사적 세부 사항에 대한 다양한 설명에는 약간의 차이가 있지만 최초의 CNC 공작 기계는 군대가 직면한 특정 제조 과제에 대한 대응일 뿐만 아니라 펀치 카드 시스템의 자연스러운 발전이기도 합니다.
“디지털 제어는 2차 산업 혁명의 시작이자 기계 및 산업 프로세스의 제어가 부정확한 초안에서 정확한 초안으로 바뀌는 과학 시대의 도래를 의미합니다.” – 제조 엔지니어 협회.
미국 발명가 John T. Parsons(1913 – 2007)는 수치 제어의 아버지로 널리 알려져 있습니다. 그는 항공기 엔지니어인 Frank L. stulen의 도움을 받아 수치 제어 기술을 구상하고 구현했습니다. 미시간에 있는 제조업체의 아들인 Parsons는 14세에 아버지의 공장에서 조립공으로 일하기 시작했습니다. 나중에 그는 가족 기업인 Parsons 제조 회사 산하에서 여러 제조 공장을 소유하고 운영했습니다.
Parsons는 최초의 NC 특허를 보유하고 있으며 수치 제어 분야의 선구적인 업적으로 미국 발명가 명예의 전당에 선정되었습니다. Parsons는 총 15개의 특허를 보유하고 있으며, 그의 기업에 추가로 35개의 특허가 부여되었습니다. 제조 엔지니어 협회는 2001년에 파슨스를 인터뷰하여 그의 관점에서 그의 이야기를 모든 사람에게 알렸습니다.
NC 초기 일정
1942년:John T. Parsons는 헬리콥터 로터 블레이드를 제조하기 위해 Sikorsky Aircraft와 하청 계약을 맺었습니다.
1944년:날개 빔의 설계 결함으로 인해 처음 제조한 18개 블레이드 중 하나가 고장나 조종사가 사망했습니다. Parsons의 아이디어는 로터 블레이드를 금속으로 펀칭하여 더 강하게 만들고 접착제와 나사를 교체하여 어셈블리를 고정하는 것입니다.
1946년:사람들은 칼날을 정확하게 생산할 수 있는 제조 도구를 만들고 싶어했는데, 이는 당시 상황에서 크고 복잡한 도전이었습니다. 따라서 Parsons는 항공기 엔지니어인 Frank Stulen을 고용하고 다른 세 사람과 함께 엔지니어링 팀을 구성했습니다. Stulen은 블레이드의 스트레스 수준을 결정하기 위해 IBM 펀치 카드를 사용할 생각을 했고, 프로젝트를 위해 7대의 IBM 시스템을 임대했습니다.
1948년에는 단순히 고정된 동작 시퀀스를 설정하는 것에 비해 자동 공작 기계의 동작 시퀀스를 쉽게 변경하려는 목표가 두 가지 주요 방법으로 달성되었으며 추적 제어와 디지털 제어라는 두 가지 주요 방법으로 수행되고 있습니다. 보시다시피, 첫 번째 작업은 물체의 물리적 모델(또는 최소한 Cincinnati 케이블 추적기 수력 전화기와 같은 완전한 그림)을 만들어야 합니다. 두 번째는 물체나 부품의 이미지를 완성하는 것이 아니라 수학적 모델과 기계 명령어를 추상화하는 것입니다.
1949년:미 공군은 초정밀 날개 구조의 도움이 필요합니다. Parsons는 자신의 CNC 기계를 판매하고 이를 실현하기 위해 $200,000 상당의 계약을 체결했습니다.
1949년:Parsons와 Stulen은 Snyder Machine & Tool Corp.와 협력하여 기계를 개발해 왔으며 기계가 정확하게 작동하려면 서보 모터가 필요하다는 사실을 깨달았습니다. Parsons는 "Card-a-matic 밀링 머신"의 서보 시스템을 매사추세츠 공과 대학의 서보 메커니즘 연구소에 하청 계약했습니다.
1952년(5월): Parsons는 "공작 기계 위치 지정용 모터 제어 장치"에 대한 특허를 신청했습니다. 그는 1958년에 특허를 취득했습니다.
1952년(8월):이에 대해 MIT는 "수치 제어 서보 시스템"에 대한 특허를 신청했습니다.
제2차 세계대전 이후 미 공군은 창립자인 John Parsons가 만든 NC 가공 혁신을 더욱 발전시키기 위해 Parsons와 여러 계약을 체결했습니다. Parsons는 MIT의 서보 메커니즘 연구소에서 수행되는 실험에 관심을 갖고 1949년에 MIT가 자동 제어에 대한 전문 지식을 제공하는 프로젝트 하청업체가 될 것을 제안했습니다. 다음 10년 동안 MIT는 전체 프로젝트를 통제하게 되었는데, 이는 서보 연구소의 "3축 연속 경로 제어"라는 비전이 Parsons의 원래 개념인 "컷 인 커팅 위치 지정"을 대체했기 때문입니다. 문제는 항상 기술을 형성하지만 역사가 데이비드 노블이 기록한 이 특별한 이야기는 기술 역사에서 중요한 이정표가 되었습니다.
1952년:MIT는 복잡하고 비용이 많이 드는 7-레일 천공 벨트 시스템을 시연했습니다(5개의 냉장고 크기 캐비닛에 250개의 진공관, 175개의 릴레이).
1952년 MIT의 최초 CNC 밀링 머신은 수정된 3축 신시내티 밀링 머신 회사인 Hydro Tel이었습니다.
1952년 9월 사이언티픽 아메리칸(Scientific American)의 자동 제어(Automatic Control) 저널에는 “인류의 미래를 효과적으로 형성할 과학기술 혁명을 대표하는 자기 조절 기계”에 관한 7개의 기사가 실렸습니다.
1955년:Concord Controls(MIT 원래 팀의 구성원으로 구성)는 MIT NC 기계의 천공 테이프를 GE가 개발 중인 테이프 리더로 대체하는 숫자 카드를 만들었습니다.
테이프 스토리지
1958년:Parsons는 미국 특허 2820187을 획득하고 Bendix에 독점 라이센스를 판매했습니다. IBM, Fujitsu 및 General Electric은 모두 자체 기계 개발을 시작한 후 하위 라이센스를 획득했습니다.
1958년:MIT는 NC 경제학에 대한 보고서를 발표했는데, 이는 현재의 NC 기계가 실제로 시간을 절약하지는 못하지만, 노동력을 공장 작업장에서 천공 벨트를 만드는 사람들에게로 이전했다는 결론을 내렸습니다.
게시 시간: 2022년 7월 19일