Bên cạnh đó việc điều khiển số cũng đang dần phát triển xuất phát từ ý tưởng điều khiển một dụng cụ thông qua một chuỗi lệnh kế tiếp, liên tục như các máy công cụ điều khiển số được thực hiện từ mãi thế kỉ XIV. Khi ở châu Âu người ta dùng các chốt hình trụ để điều khiển các chuyển động của các hình trang trí trên đồng hồ lớn của nhà thờ.
Năm 1808, Joseph M. Jacquard dùng những tấm tôn đục lỗ để điều khiển tự động các máy dệt.
SVTH: Đặng Hoài Bảo
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
Năm 1863, M. Fourneaux phát minh ra đàn Piano nổi tiếng thế giới. Với băng giấy đục lỗ làm vật mang tin.
Năm 1938, Claud E. Shannon trong khi làm luận án tiến sĩ đã đi đến kết luận rằng việc tính tốn và truyền tải nhanh dữ liệu có thể thực hiện bằng mã nhị phân.
Từ năm 1949 đến 1952, John Parsons và Học viện kỹ thuật MIT (Massachusett Institute of Technology) đã thiết kế “một hệ thống điều khiển dành cho máy công cụ, để điều khiển trực tiếp vị trí của các trục thơng qua dữ liệu đầu ra của một máy tính, làm bằng chứng cho một chức năng gia cơng chi tiết” theo hợp đồng của Khơng lực Hoa Kỳ.
Hình 1.4 Máy cắt của John T. Parsons
Cũng trong thời gian này, Parsons cùng với đồng nghiệp của ông đã đưa ra 4 tiên đề cơ bản sau:
Những vị trí được tính ra trên một biên dạng được ghi nhớ vào băng đục lỗ. Các đục lỗ được đọc trên máy một cách tự động.
Những vị đã được đọc ra được liên tục truyền đi và được bổ sung thêm tính tốn cho các giá trị trung gian nội tại.
Các động cơ servo (vơ cấp) có thể điều khiển được chuyển động các trục. Năm 1952, chiếc máy phay điều khiển số đầu tiên ra đời mang tên là “Cincinnati
Hydrotel” có trục thẳng đứng do Học viện kỹ thuật MIT cung cấp. Đơn vị điều khiển
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
được lắp bằng các bóng đèn điện tử chân khơng, điều khiển 3 trục nhận dữ liệu thông qua băng đục lỗ mã nhị phân.
Năm 1954, Bendix mua bản quyền phát minh của Parsons và chế tạo được thiết bị điều khiển NC công nghiệp đầu tiên, nhưng vẫn cịn dùng bóng đèn điện tử chân khơng.
Năm 1958, cơng cụ lập trình tự động APT (Automatically Programmed Tool) ra đời. Đánh dấu một bước phát triển mới về lập trình cho máy.
Trong thời gian đó, giới cơng nghiệp nói chung đã bắt đầu nhận ra những ưu thế tiềm tàng của kỹ thuật điều khiển số. Điều đó buộc họ phải xem xét một cách nghiêm túc, chặt chẽ và kỹ càng những vấn đề về ngành chế tạo máy của chính họ. Đồng thời họ cũng phải suy xem cái kỹ thuật cơng nghệ mới này có thể giúp đỡ họ như thế nào để cải tiến phương pháp hiện có của họ. Người ta nhanh chóng nhận ra rằng, phần lớn các bài toán cắt gọt kim loại như: Khoan lỗ, tiện, phay đường thẳng, khơng nhất thiết địi hỏi tới bộ điều khiển hiện đại, sử dụng những phương máy tính hố. Thế nhưng, việc ứng dụng ngay cả dạng cơ bản nhất của APT cho những thành phần hình học đơn giản cũng vừa cồng kềnh, vừa rắc rối và vừa đắt tiền.
Do vậy, nhiều ngôn ngữ đơn giản hơn dùng cho mục đích đặc biệt đã được phát triển. Tuy nhiên, đa số các ngôn ngữ này điều lấy APT làm gốc.Rồi cho đến giữa những thập niên 70, 80, với sự phát triển của cơng nghệ vi xử lý. Lần đầu tiên nó được đưa vào thiết bị điều khiển số có sự hỗ trợ của máy tính, tạo một bước nhảy khổng lồ trong lĩnh vực điều khiển số. Từ các máy điều khiển số NC trở thành những máy điều khiển số CNC, tức là những máy cơng cụ điều khiển số có sự trợ giúp của máy tính. Mặc khác, cùng với những mơ đun điện tử dùng để lưu trữ dữ liệu và tạo xung, bộ vi xử lý hình thành trung tâm đóng ngắt và tính tốn của tất cả mọi điều khiển số CNC hiện đại. Tốc độ chuyển nhanh của các phần tử này đủ để đưa ra nhiều chức năng và nhiệm vụ tính tốn khác nhau mà khơng làm ảnh hưởng đến nhịp độ làm việc của các máy công cụ ghép nối với chúng.
Rồi từ thập niên 80 trở đi, với sự phát triển của công nghệ truyền số liệu, các mạng cục bộ và liên thông đã tạo điều kiện cho các nhà chế tạo thực hiện việc nối kết giữa các máy CNC riêng lẻ lại với nhau tạo thành các trung tâm gia cơng DNC (Direct
SVTH: Đặng Hồi Bảo
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
Numerical Control) nhằm khai thác một cách có hiệu quả nhất như: cách bố trí, sắp xếp các cơng việc trên từng máy, tổ chức sản xuất,... Và cũng dựa trên nền công nghiệp này, một chuỗi các loại thiết bị, phần mềm và hệ thống được phát triển không ngừng bởi các viện nghiên cứu và công nghệ khác nhau trên thế giới. Nhằm thoả mãn về nhu cầu thiết kế và chế tạo đặc biệt.
Đó là những phần mềm thiết kế và gia cơng tạo hình theo cơng nghệ CAD/CAM (Computer Aided Design/ Computer Aided Manufacturing) theo hệ thống sản xuất linh hoạt FMS (Flexible Manufacturing System) và cao hơn là việc chế tạo và gia công chi tiết được thực hiện tồn bộ qua máy tính, người ta gọi là tổ hợp CIM (Computer Intergrated Manufacturing).
Các máy CNC hiện đại hoạt động bằng cách đọc hàng nghìn bit thơng tin được lưu trữ trong bộ nhớ máy tính chương trình. Bộ điều khiển cũng giúp nhân viên lập trình tăng tốc độ sử dụng máy. Ví dụ, trong một số máy, nhân viên lập trình có thể đơn giản chỉ cần nhập dữ liệu về vị trí, đường kính và chiều sâu của một chi tiết và máy tính sẽ lựa chọn phương pháp gia cơng tốt nhất để sản xuất chi tiết đó dưới dạng phơi. Thiết bị mới nhất có thể chọn một mẫu kỹ thuật được tạo ra từ máy tính, tính tốn tốc độ dao cụ, đường vận chuyển vật liệu vào máy và sản xuất chi tiết mà khơng cần bản vẽ hay một chương trình. Từ các máy cơng cụ sơ khai với các cơ cấu cơ khí, máy CNC ngày nay hoạt động dưới sự điều khiển của hệ điều hành được lập trình tinh vi, có thể thực hiện chức năng chuyên biệt với các dòng máy phay đứng, máy phay ngang, máy phay giường, cỡ lớn, đôi cột, máy tiện đứng, máy tiện cỡ lớn, máy tiện kiểu Thụy Sĩ, máy phay, tiện 3 trục rồi 5 trục gia công các bề mặt phức tạp, máy xung, máy cắt dây EDM, đột dập liên hoàn, cắt khắc laser kim loại, phi kim cho đến các Trung tâm gia công thực hiện nhiều nguyên công liên tiếp như phay, tiện, khoan, mài, trên một máy chỉ với một lần gá đặt. Các trung tâm gia cơng có sự trợ giúp của các cơ cấu thay dao tự động ATC (Auto Tool Changer) cấp phôi tự động, cánh tay robot cơng nghiệp, … có thể được tích hợp vào hệ thống sản xuất linh hoạt trong các nhà máy lớn. Trí tuệ nhân tạo đang ngày càng phát triển và trợ giúp con người một cách hữu ích, trong đó có máy CNC.
SVTH: Đặng Hoài Bảo
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN