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Die Entwicklungsgeschichte der CNC-Maschine
In diesem Artikel erfahren Sie mehr über die Geschichte der CNC-Werkzeugmaschinen und wie sie sich im Laufe der Zeit weiterentwickelt haben.
1、Einführung in CNC-Werkzeugmaschinen
CNC-Werkzeugmaschinen lassen sich auf vielfältige Weise einsetzen. Wenn sich das zu bearbeitende Werkstück ändert, müssen lediglich die Programmbefehle angepasst werden. Die Bearbeitungsgeschwindigkeit ist höher als bei den meisten automatischen Werkzeugmaschinen, und komplexe Profile lassen sich präzise bearbeiten. Daher eignet sich die Maschine gut für die Bearbeitung kleiner und mittlerer Losgrößen, häufige Umrüstungen und hohe Präzisionsanforderungen. Bei Werkstücken mit komplizierten Formen lassen sich gute wirtschaftliche Ergebnisse erzielen.
Mit der Weiterentwicklung der numerischen Steuerungstechnik werden immer mehr Arten von Werkzeugmaschinen hergestellt, die mit numerischen Steuerungssystemen arbeiten. Dazu gehören Drehmaschinen, Fräsmaschinen, Bohrmaschinen, Schleifmaschinen, Zahnradbearbeitungsmaschinen und Funkenerosionsmaschinen. Darüber hinaus gibt es Maschinen wie Bearbeitungszentren, Drehzentren usw., die Werkzeuge automatisch wechseln und mehrere Bearbeitungsschritte in einer Aufspannung ausführen können.
2 Überblick über die Entwicklungsphasen der CNC-Werkzeugmaschinen
Anfangs waren Computer noch nicht besonders schnell. Dies hatte zwar kaum Auswirkungen auf wissenschaftliche Computer oder die Datenverarbeitung, bedeutete jedoch, dass Werkzeugmaschinen nicht in Echtzeit gesteuert werden konnten. Man musste digitale Logikschaltungen verwenden, um einen speziellen Computer für Werkzeugmaschinen zu “bauen”, der als numerisches Steuerungssystem dienen sollte. Dies wird als hardwaregebundene numerische Steuerung oder kurz als numerische Steuerung bezeichnet. Mit der Weiterentwicklung der Komponenten hat diese Phase drei Generationen durchlaufen. Die erste Generation bestand aus Elektronenröhren, die 1952 auf den Markt kamen. Die zweite Generation bestand aus Transistoren, die 1959 auf den Markt kamen, und die dritte Generation bestand aus integrierten Schaltkreisen in kleiner Bauform, die 1965 auf den Markt kamen.
Im Jahr 1946 wurde der weltweit fortschrittlichste elektronische Computer entwickelt. Dies zeigt, dass Menschen Werkzeuge geschaffen haben, die bei der geistigen Arbeit helfen und diese manchmal sogar übernehmen können. Im Vergleich zu den Werkzeugen, die Menschen in Agrar- und Industriegesellschaften hergestellt haben, dient dieses lediglich dazu, körperliche Arbeit zu erleichtern. Im Vergleich zu anderen Errungenschaften stellt dies eine große Veränderung dar und hat den Weg dafür geebnet, dass die Menschen in Zukunft Teil der Informationsgesellschaft werden können.
Sechs Jahre später, im Jahr 1952, wurde die Werkzeugmaschinenbranche um Computertechnologie erweitert. Dies führte in den Vereinigten Staaten zur Entwicklung von Front-End-Werkzeugmaschinen. Seitdem haben sich herkömmliche Werkzeugmaschinen zum Besseren gewandelt. Das CNC-System wurde über einen Zeitraum von fast 50 Jahren hinweg in zwei Phasen und sechs Generationen immer weiter verbessert.
3 Die Entwicklungsgeschichte der allgemeinen numerischen Steuerung
Im Jahr 1948 beauftragte die US-Luftwaffe die US-amerikanische Parsons Corporation mit der Entwicklung von Bearbeitungsanlagen für Muster von Flugzeugpropellerblättern. Aufgrund der komplexen und vielfältigen Formen der Vorlagen sowie der erforderlichen hohen Präzision war es schwierig, herkömmliche Bearbeitungsanlagen anzupassen, weshalb computergesteuerte Werkzeugmaschinen vorgeschlagen wurden. Mit Unterstützung des „Servo Mechanism Research Office“ am Massachusetts Institute of Technology begann das Unternehmen 1949 mit der Forschung an CNC-Werkzeugmaschinen. Im Jahr 1952 wurde eine große vertikale Kopierfräsmaschine zur weltweit ersten dreikoordinatenfähigen CNC-Fräsmaschine umgebaut. Bald darauf sollte die Serienproduktion beginnen.
Damals verwendete die numerische Steuerung Elektronenröhren, die sperrig und teuer waren. Sie kamen nur in wenigen Abteilungen mit besonderen Anforderungen, wie beispielsweise in der Luftfahrtindustrie, zur Bearbeitung komplexer Oberflächen zum Einsatz. Im Jahr 1959 wurden Transistoren und Leiterplatten entwickelt, wodurch die numerische Steuerung den Durchbruch schaffte. Nach 1960 entwickelten sich relativ einfache und kostengünstige CNC-Bohrmaschinen und CNC-Fräsmaschinen mit Linearsteuerung rasch weiter. Dadurch wurden CNC-Werkzeugmaschinen im Laufe der Zeit in verschiedenen Bereichen des Maschinenbaus immer beliebter.
Im Jahr 1965 kam die dritte Generation der numerischen Steuerungen mit integrierten Schaltkreisen auf den Markt. Diese Geräte sind klein, verbrauchen wenig Strom und sind zuverlässiger. Zudem senken sie die Preise, was zum Wachstum der CNC-Werkzeugmaschinentypen und der Produktionsleistung beiträgt. Ende der 1960er Jahre kam ein direktes numerisches Steuerungssystem (DNC) auf den Markt, das mehrere Werkzeugmaschinen direkt steuerte. Dieses System wurde auch als Gruppensteuerungssystem bezeichnet. Gleichzeitig führte ein computergestütztes numerisches Steuerungssystem (CNC), das von einem Kleincomputer gesteuert wurde, dazu, dass die numerische Steuerung wieder an Bedeutung gewann. Minicomputer spielten in der vierten Generation eine wichtige Rolle.
Im Jahr 1974 wurde eine mikrocomputergesteuerte numerische Steuerung (kurz MNC) unter Verwendung eines Mikroprozessors und eines Halbleiterspeichers entwickelt. Dies ist die fünfte Generation numerischer Steuerungssysteme. Im Vergleich zur dritten Generation verfügt die fünfte Generation über doppelt so viele Funktionen wie das Steuerungsgerät der dritten Generation, ist dabei auf 1/20 der ursprünglichen Größe geschrumpft, 3/4 günstiger und wesentlich zuverlässiger.
4 CNC-Tische
Bis 1970 war die Kleincomputerindustrie entstanden und hatte die Massenproduktion aufgenommen, sodass sie in den Mittelpunkt der numerischen Steuerung rückte und die Ära der computergesteuerten numerischen Steuerung begann. Im Jahr 1971 gelang es der US-amerikanischen INTEL Corporation als weltweit erstem Unternehmen, die beiden wichtigsten Komponenten eines Computers – die Recheneinheit und die Steuerung – mithilfe der Technologie großintegrierter Schaltkreise auf einem einzigen Chip zu vereinen. Dieser Chip wurde als Mikroprozessor bezeichnet, und es war das erste Mal, dass zwei der wichtigsten Komponenten eines Computers auf einem einzigen Chip vereint waren. CPU ist die Abkürzung für “Central Processing Unit” (Zentraleinheit).”
Der Mikroprozessor wurde bereits 1974 in der numerischen Steuerung eingesetzt. Der Grund dafür ist, dass die Leistungsfähigkeit des Kleincomputers zu hoch ist und die Steuerung einer Werkzeugmaschine nicht so kostengünstig und sinnvoll ist wie der Einsatz eines Mikroprozessors. Und dann muss noch die Struktur der Kleinmaschine geklärt werden. Da der Mikroprozessor der wichtigste Bestandteil eines Computers ist, der für viele verschiedene Zwecke eingesetzt werden kann, spricht man von computergesteuerter numerischer Steuerung.
Bis 1990 hatte der PC, also der Personalcomputer, ein sehr hohes Leistungsniveau erreicht. Das bedeutete, dass er die Anforderungen erfüllen konnte, um als zentraler Bestandteil eines numerischen Steuerungssystems zu fungieren. Seitdem hat auch das numerische Steuerungssystem einen Stand erreicht, bei dem es wie ein einfacher PC funktioniert.
Die Entwicklung der computergesteuerten Fertigung hat drei Generationen durchlaufen. Die vierte
Die vierte Generation war der Minicomputer, der 1970 auf den Markt kam. Die fünfte Generation war der Mikroprozessor, der 1974 auf den Markt kam, und die sechste Generation war der PC, der 1990 auf den Markt kam. Außerdem sollte erwähnt werden, dass unser Land die Bezeichnung nach wie vor als “numerische Steuerung” (NC) verwendet, obwohl andere Länder den Namen bereits in “Computer Numerical Control” (CNC) oder „CNC“ geändert haben. Wir sprechen ständig von „numerischer Steuerung“, meinen damit aber eigentlich den „numerischen Steuerungscomputer“.”
Mitte des 20. Jahrhunderts, als sich die Elektronik weiterentwickelte, hielten die automatisierte Informationsverarbeitung, die Datenverarbeitung und elektronische Computer Einzug. Diese brachten neue Ideen in die Automatisierungstechnik, wie beispielsweise die Verwendung digitaler Signale zur Steuerung der Bewegung und der Bearbeitung von Werkzeugmaschinen. Dies trug dazu bei, dass Werkzeugmaschinen zunehmend automatisiert wurden. Und weiterentwickelt wurden.
5. Fazit
Danach erlebten punktgesteuerte CNC-Werkzeugmaschinen ab 1960 einen raschen Aufschwung. Denn ein punktgesteuertes numerisches Steuerungssystem ist wesentlich einfacher zu bedienen als ein konturgesteuertes. CNC-Fräsmaschinen, Stanzmaschinen und Koordinatenbohrmaschinen haben sich aus diesem Grund stark verändert. Statistiken zeigen, dass von den rund 6.000 CNC-Werkzeugmaschinen, die 1966 tatsächlich im Einsatz waren, 85% punktgesteuerte Maschinen waren. Einige Länder mit gut entwickelten Industrien, wie Deutschland und Japan, haben nacheinander CNC-Werkzeugmaschinen entwickelt, hergestellt und eingesetzt.
Angesichts der rasanten Entwicklung in den Bereichen Mikroelektronik, Computer und Software verfügen CNC-Werkzeugmaschinen zunehmend über Steuerungssysteme, die kleiner sind und mehr Funktionen bieten. Zudem sind sie in der Regel zuverlässiger, und das CNC-System selbst ist meist in der Lage, eine automatische Programmierung durchzuführen.
In Zukunft wird es mehr Typen von CNC-Werkzeugmaschinen für die zentralisierte Mehrprozessbearbeitung geben. Laserbearbeitung und andere Technologien werden bei Zerspanungsmaschinen zum Einsatz kommen, wodurch die Anzahl der konzentrierten Mehrprozessabläufe zunehmen wird. CNC-Werkzeugmaschinen werden zudem stärker automatisiert sein. Sie wurden verbessert und verfügen über mehr Überwachungsfunktionen. Dies erleichtert ihren Einsatz als flexible Fertigungseinheit in einem hochautomatisierten, flexiblen Fertigungssystem.
