Chương 1 trình bày kiến thức tổng quan về công nghệ CNC, đó là cơ sở để tiếp cận các nội dung chi tiết trong các chương sau. Máy công cụ điều khiển số CNC 1. Lịch sử phát triển của máy CNC Lịch sử phát triển của điều khiển số được bắt đầu từ thế kỷ 19 và đã trải qua nhiều giai đoạn quan trọng cho đến hiện tại. Dưới đây là trình bày về các giai đoạn quan trọng trong lịch sử phát triển của điều khiển số.
Giai đoạn đầu (máy Jacquard và Pianola) Trong giai đoạn đầu của sự phát triển, hai công nghệ đáng chú ý là máy Jacquard và Pianola đã đóng vai trò quan trọng. - Máy Jacquard: Vào năm 1808, Joseph M. Jacquard đã sử dụng tấm tôn đục lỗ để tự động điều khiển các máy dệt. Đây là một bước tiến quan trọng trong lĩnh vực công nghiệp dệt may.
Công nghệ này tạo ra khái niệm về "vật mang tin thay đổi được" và đã đặt nền tảng cho sự phát triển của điều khiển số. Fourneaux đã đăng ký sáng chế Pianola, một hệ thống tự động chơi đàn dương cầm sử dụng băng giấy đục lỗ. Pianola nhanh chóng trở thành một hiện tượng toàn cầu và thu hút sự chú ý của công chúng. Việc sử dụng băng giấy đục lỗ như một hình thức điều khiển đã đóng góp vào sự phát triển của vật mang tin trong điều khiển số.
2 Cả hai công nghệ này đã đánh dấu sự xuất hiện của các phương pháp điều khiển tự động sử dụng các vật mang tin thay đổi được, đặt nền tảng cho sự phát triển sau này của điều khiển số trong ngành công nghiệp. Giai đoạn trước công nghệ máy tính Giai đoạn trước công nghệ máy tính là một thời kỳ quan trọng trong lịch sử phát triển của điều khiển số. Trong giai đoạn này, các phương pháp và công nghệ điều khiển số đã được phát triển mà không dựa vào công nghệ máy tính như chúng ta biết ngày nay. Dưới đây là một trình bày về giai đoạn này: - Tính toán và truyền dữ liệu: Năm 1938, Claude Shannon, một nhà toán học và kỹ sư điện tử, đã bảo vệ luận án tiến sĩ với nội dung tính toán và truyền dữ liệu dạng nhị phân.
Đây là một bước tiến quan trọng trong việc xác định cơ sở khoa học cho các máy tính hiện đại. - Công nghệ điện tử: Trước sự xuất hiện của máy tính điện tử, công nghệ điện tử đã được sử dụng trong các ứng dụng khác như máy tính cơ học, máy tính điện tử đơn giản và các hệ thống điều khiển tương tự. Tuy nhiên, chúng chưa đạt được sự phát triển rõ rệt và ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực điều khiển số. - Các hệ thống điều khiển khác: Ngoài ra, còn tồn tại nhiều hệ thống điều khiển tự động khác trước công nghệ máy tính, bao gồm các hệ thống điều khiển cơ khí, điện tử và thủ công.
Giai đoạn trước công nghệ máy tính đã đặt nền tảng cho sự phát triển của điều khiển số, tạo điều kiện thuận lợi cho sự ra đời và ứng dụng của công nghệ máy tính vào việc điều khiển tự động trong các ngành công nghiệp khác nhau. Giai đoạn máy tính điện tử Giai đoạn máy tính điện tử là một bước tiến quan trọng trong lịch sử phát triển của điều khiển số. Trong giai đoạn này, công nghệ máy tính đã được áp dụng và tích hợp vào các hệ thống điều khiển tự động, tạo nền tảng cho sự tiến bộ và ứng dụng rộng rãi của điều khiển số. Dưới đây là một trình bày về giai đoạn này.
Sự ra đời của máy tính điện tử - Năm 1946: Tiến sĩ John W. Mauchly đã cung cấp máy tính điện tử đầu tiên có tên ENIAC cho quân đội Mỹ. Đây là một bước đột phá lớn trong công nghệ máy tính, mở ra kỷ nguyên của máy tính điện tử. - ENIAC được sử dụng trong nhiều ứng dụng quân sự và khoa học, nhưng nó cũng đã tạo ra cơ sở để phát triển các hệ thống điều khiển số trong công nghiệp.
Tích hợp công nghệ máy tính vào điều khiển số - Năm 1954: Bendix đã mua bản quyền của Parsons và phát triển bộ điều khiển số hoàn chỉnh đầu tiên sử dụng các bóng điện tử. Cùng lúc đó, ngôn ngữ lập trình tự động (APT) cũng được phát triển, tạo điều kiện thuận lợi cho lập trình và điều khiển máy công cụ số. 3 - Năm 1957: Không quân Mỹ đã trang bị các máy điều khiển số đầu tiên trong xưởng sản xuất. Điều này đánh dấu sự ứng dụng thực tế và phổ biến của công nghệ điều khiển số.
Tiến bộ trong công nghệ máy tính Giai đoạn máy tính điện tử đã mở ra một thời kỳ mới trong điều khiển số, tận dụng sức mạnh và khả năng tính toán của máy tính để điều khiển và tự động hóa các quy trình công nghiệp. Các tiến bộ trong công nghệ máy tính và tích hợp công nghệ điều khiển số đã đóng góp quan trọng vào sự phát triển và hiện đại hóa của ngành công nghiệp và sản xuất. - Năm 1960: Công nghệ bán dẫn (IC- Mạch tích hợp) đã thay thế hệ thống điều khiển xung relay và đèn điện tử. Sự phát triển của IC cung cấp hiệu suất cao hơn và độ tin cậy tốt hơn cho hệ thống điều khiển số.
- Năm 1965: Giải pháp thay dao tự động (ATC) đã được giới thiệu, tăng đáng kể hiệu suất và tính linh hoạt trong quá trình gia công. Giai đoạn công nghệ bán dẫn và CNC Giai đoạn công nghệ bán dẫn và CNC đã chứng kiến những bước tiến quan trọng trong lĩnh vực điều khiển số. Công nghệ bán dẫn đã mang lại những cải tiến đáng kể về hiệu suất và tính tin cậy, trong khi công nghệ CNC (Computer Numerical Control) đã đưa ra một cách tiếp cận mới trong việc điều khiển và tự động hóa các quy trình sản xuất. Dưới đây là một trình bày về giai đoạn này.
Công nghệ bán dẫn Năm 1960: Công nghệ bán dẫn đã thay thế hệ thống điều khiển xung relay và đèn điện tử. Bằng cách sử dụng các thành phần bán dẫn như transistor và vi mạch tích hợp, các hệ thống điều khiển số đã trở nên nhỏ gọn hơn, hiệu suất cao hơn và độ tin cậy tốt hơn. Điều này đã tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển và ứng dụng rộng rãi của điều khiển số trong nhiều lĩnh vực công nghiệp khác nhau. Công nghệ CNC - Năm 1946: Tiến sĩ John W.
Mauchly đã cung cấp máy tính điện tử đầu tiên có tên ENIAC cho quân đội Mỹ. Sự phát triển của công nghệ máy tính đã tạo ra cơ sở để phát triển công nghệ CNC. - Năm 1954: Bendix đã mua bản quyền của Parsons và phát triển bộ điều khiển số hoàn chỉnh đầu tiên sử dụng các bóng điện tử. Cùng lúc đó, ngôn ngữ lập trình tự động APT (Automatic Programmed Tool) cũng được phát triển, tạo điều kiện thuận lợi cho lập trình và điều khiển máy công cụ số.
- Năm 1972: Hệ điều khiển CNC đầu tiên được lắp đặt trên máy tính nhỏ. Điều này cho phép các hệ thống CNC trở nên linh hoạt hơn và dễ dàng tích hợp vào các máy công cụ. Công nghệ bán dẫn và CNC đã mang lại những tiến bộ đáng kể trong lĩnh vực điều khiển số. Các hệ thống điều khiển dựa trên công nghệ bán dẫn đã cung cấp hiệu suất và độ tin cậy tốt hơn, trong khi công nghệ CNC đã cung cấp khả năng tự động hóa 4 và linh hoạt trong quá trình sản xuất.
Nhờ vào sự phát triển này, công nghiệp và sản xuất đã trở nên hiệu quả hơn, chính xác hơn và có khả năng đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường. Giai đoạn công nghệ thông tin và tự động hóa Giai đoạn công nghệ thông tin và tự động hóa đã đem lại những đột phá quan trọng trong lĩnh vực điều khiển số. Trong giai đoạn này, sự phát triển và tích hợp công nghệ thông tin vào các hệ thống điều khiển đã mở ra những cơ hội mới và tăng cường sự linh hoạt và hiệu suất của quá trình sản xuất tự động. Dưới đây là một trình bày về giai đoạn này.
Công nghệ thông tin và điều khiển số - Sự phát triển của công nghệ thông tin đã tạo ra những tiến bộ đáng kể trong việc lưu trữ, xử lý và truyền tải thông tin. Các máy tính và mạng máy tính đã trở thành những công cụ quan trọng trong việc thu thập dữ liệu, phân tích thông tin và quản lý quá trình điều khiển số. - Các hệ thống điều khiển được tích hợp với công nghệ thông tin cho phép quá trình sản xuất tự động trở nên linh hoạt hơn và dễ dàng thay đổi theo nhu cầu sản xuất. - Năm 1986-1987: Tiêu chuẩn hóa giao diện (Interface) mở ra con đường tới hệ thống tự động sản xuất thông qua trao đổi thông tin liên thông (CIM - Computer Integrated Manufacturing).
- Năm 1990: Cải tiến độ chính xác và điều chỉnh trục điều khiển số và trục chính của máy thông qua giao diện số. - Năm 1992: Hệ thống CNC mở linh hoạt và có khả năng thích ứng theo yêu cầu sử dụng. - Năm 1993: Sử dụng tiêu chuẩn các hệ thống khởi động tuyến tính ở trung tâm gia công (MC). Tự động hóa và hệ thống thông tin - Sự kết hợp giữa tự động hóa và công nghệ thông tin đã tạo ra sự tương tác mạnh mẽ giữa các thành phần trong quá trình sản xuất.
Các hệ thống tự động hóa thông minh sử dụng cảm biến, thiết bị đo lường và mạng máy tính để thu thập dữ liệu và tự động điều khiển các quy trình sản xuất. - Hệ thống thông tin và tự động hóa cho phép quản lý và kiểm soát toàn bộ quá trình sản xuất từ xa. Các thông tin về vật liệu, quy trình và sản phẩm có thể được theo dõi và quản lý trên các giao diện điều khiển tiện ích, giúp tăng cường hiệu suất và đảm bảo chất lượng sản phẩm. Mô hình hóa và mô phỏng Công nghệ thông tin và tự động hóa đã cho phép mô hình hóa và mô phỏng quá trình sản xuất trước khi triển khai thực tế.
Việc sử dụng phần mềm mô phỏng giúp dự đoán và tối ưu hóa hoạt động của hệ thống điều khiển, từ đó giảm thiểu sai sót và tăng cường hiệu suất sản xuất. 5 Các giai đoạn trên thể hiện sự phát triển và tiến bộ liên tục của điều khiển số trong công nghiệp gia công, từ những ý tưởng ban đầu đến sự tích hợp của công nghệ máy tính, các công nghệ tiên tiến và ứng dụng tự động hóa hiện đại.