De Evolutie van CNC-machines: Van 18e Eeuw tot Moderne Precisiefabrieksproductie

Een moderne vaste waarde in de productie en fabricage, computer numerieke besturing (CNC), gaat terug tot de jaren '40 toen de eerste Numerieke Besturing (NC) machines duiken. Draaimachines bestonden echter al eerder. In 1751 werd al een machine uitgevonden om handwerk te vervangen en de precisie te verhogen. Het duurde nog een tijd voordat het concept de mogelijkheden van een modern CNC-productiebedrijf zou aannemen.

De bewerkingsmethoden die leidden tot CNC-fabricage markeerden de start van de industrialisatie. De huidige definitie van CNC-bewerking is specifieker: het invoeren van 3D-bestanden in een computer, die een programma uitvoert dat de beweging van gereedschappen in een bewerkingscentrum regelt. Het proces is volledig geautomatiseerd, van de as- en draaisnelheid van snijgereedschappen tot het bereiken van de gewenste afmetingen van het onderdeel.

Wat Is een CNC-machine?

Een CNC-machine is een systeem dat meerdere gereedschappen (zoals boormachines, draaibanken en freesgereedschappen) combineert, ingebouwd in cellen waaruit de machine ze kan selecteren en gebruiken. Het is ontworpen om driedimensionale onderdelen te produceren. De eenvoudigste machines bewegen in één of twee assen. Geavanceerdere systemen hebben X- en Y-asbeweging en kunnen in de Z-as longitudinaal bewegen. Velen zijn in staat tot rotatiebeweging en kunnen onderdelen automatisch omdraaien, zodat materiaal aan alle kanten kan worden gesneden zonder handmatige tussenkomst.

De Vroege Jaren van CNC-werk

Hoewel het idee al enige tijd bestond, werd het eerste Numerieke Besturing-concept pas in 1949 ontwikkeld. John T. Parsons, een vroege computepionier, ontwikkelde het als onderdeel van een luchtvaartonderzoeksproject op het Massachusetts Institute of Technology (MIT). Een experimentele freesmachine werd gebouwd in het Servomechanismenlaboratorium van het instituut, met als doel gemotoriseerde assen te gebruiken voor de productie van helikopterbladen en stijvere vliegtuighuiden.

Parsons Corporation in Traverse City, Michigan, begon al voor de MIT-samenwerking met het eerste systeem. Parsons kon een IBM 602A vermenigvuldiger gebruiken om vleugelprofielcoördinaten te berekenen. De datapunten werden in een Zweedse jig boormachine gevoerd door geknipte kaarten in het systeem in te voeren. Voorgeprogrammeerde informatie kon worden gebruikt om onderdelen voor helikopters te produceren; dit was de voorloper van CNC-machineprogrammering.

Het idee werd verder ontwikkeld en in 1952 introduceerde Richard Kegg (in samenwerking met MIT) de Cincinnati Hydro-Tel, een 28-inch verticale spooifreestoolmachine. De commerciële introductie ging vergezeld van een octrooi voor een "Motor Controlled Apparatus with Positioning Machine Tool". De initiële prototype, hoewel bediend met achtkoloms papieren band, een bandlezer en een buis-gecontroleerd elektronisch systeem, werd een focus voor toekomstige ontwikkelingen.

Vroege CNC-machines in de jaren '40 en '50 gebruikten geknipte band, toen een veelgebruikte technologie in telecommunicatie en gegevensopslag. Deze werd vervangen door analoge computertchnologieën. Van de jaren '60 tot de jaren '70 duikten digitale technologieën op, waardoor het productieproces geautomatiseerd en efficiënter werd.

Parsons werd bekroond voor zijn vroege werk. In 1968 ontving hij de eerste Joseph Marie Jacquard Memorial Award van de Numerical Control Society. De Society of Manufacturing Engineers wijde hem in 1975 een eerplakket toe, die Parsons noemde "De Vader van de Tweede Industriële Revolutie".

Evolutie van de Huidige CNC-fabriek

De hoogst geautomatiseerde bewegingsbesturingssystemen die fabrikanten nu gebruiken, zijn nog steeds gebaseerd op de drie primaire componenten van hun voorgangers. Ze vereisen een commandofunctie (ofwel een digitaal of analoog systeem, een kamvolger of een klaphandvat om te activeren); een aandrijving/bewegingssysteem zoals een motor, cylinder, klep of koppeling; en een systeem dat feedback geeft, zoals een encoder. In vroege NC-machines reed een besturingsniveau op een kam. De motor zou dan draaien om de machine te bedienen, maar als de feedbackkabel brak, kon de vloeistofstroom niet worden gestopt.

Moderne CNC-machines worden elektronisch gecontroleerd, waardoor dit scenario zeer onwaarschijnlijk is. De eindresultaten zijn nu beter voorspelbaar. Daarnaast kunnen ze vrijwel elk type materiaal verwerken, waaronder metaal, hout, kunststof, glasvezel of schuim.

Daarnaast zijn nieuwe bewerkingsvormen ontwikkeld. Op basis van hetzelfde concept als CNC-bewerking omvatten ze Elektronenstraalbewerking, Ontladingsbewerking en Fotochemische bewerking. Deze en andere worden vaak geselecteerd afhankelijk van het materiaal dat in het massaproductieproces wordt gebruikt. Ook veelvoorkomend zijn laser-, oxy-brandstof-, waterstraal- en plasma-snijmachines.

Opbouwen op Rapid Prototyping

Het perspectief op rapid prototyping is door de jaren heen veranderd, maar het concept werd al toegepast bij de allereerste geknipte band, numerieke besturingssystemen. Voorheen werden alle onderdelen handmatig bewerkt; zelfs systemen met geknipte band revolutioneerden het proces. Tegenwoordig zijn er veel prototyping-opties beschikbaar, afhankelijk van het gebruikte materiaal, de economie en de complexiteit van CNC-onderdelen.

De beschikbare gereedschappen en rotatieassen maken CNC-machines nog steeds aantrekkelijk en uiterst nuttig. Met de komst van 3D-printen zijn hun beperkingen echter zichtbaarder geworden. Een 3D-printer kan complexe onderdelen produceren, inclusief hun interne componenten. Afhankelijk van de toepassing kunnen materiaalkeuzes beperkt zijn, waardoor CNC-systemen de voorkeur genieten, vooral voor prototype-ontwikkeling.

Betekenis van CNC-fabricage Vandaag de Dag

De rol van traditionele werktuigmakers verdwijnt snel. In de 21e eeuw is de vraag naar CNC-specialisten gegroeid. Organisaties zoals het Institute for Technical Trades bieden training om werktuigmakers de vaardigheden te geven die nodig zijn om in dit veld te werken. In veel sectoren is de arbeidsmarktperspectief robuust; sommigen voorspellen dat technologiebanen zoals het bedienen van CNC-apparatuur 40% van toekomstige vacatures zullen vormen.

CNC Productiebewerking met Laszeray Technology LLC

Wij zijn een full-service CNC-productiebedrijf gespecialiseerd in CNC-bewerking en rapid prototyping voor de luchtvaart, olie en gas, medische apparatuur, transport, elektronica en andere industrieën. Onze bewerkingsoperaties omvatten vier- en vijf-asmogelijkheden. Wij kunnen draaibanken, freesmachines, slijpmachines, routers en kraanheftrucks toe passen in productieruns.

Ontdek meer over onze productiemogelijkheden, productontwikkeling en ontwerpingenieurschap, en CNC-bewerkingsservices, uitgevoerd in ons ISO-gecertificeerde, Ohio-gevestigde, temperatuurgecontroleerde faciliteit, door te bellen met 440-582-8430 vandaag nog.

Bron:

1. https://www.instituteoftechnicaltrades.com/blog/history-computer-numerical-control/