수치제어 이력

History of numerical control

수치제어(NC)의 역사는 공작기계 자동화가 추상적으로 프로그램 가능한 논리학의 개념을 처음 편입하면서 시작되었으며, 컴퓨터 수치제어(CNC) 기술의 지속적인 진화로 오늘날에도 계속되고 있다.

최초의 NC 기계는 1940년대와 1950년대에 제작되었는데, 이 기계들은 펀치 테이프로 시스템에 공급된 지점을 따라 조정기를 움직이는 모터로 개조되었다. 이러한 초기의 서보메나믹스는 아날로그와 디지털 컴퓨터로 급속하게 증강되어 가공 공정에 혁명을 가져온 현대적인 CNC 공작기계를 만들었다.

이전 형태의 자동화

캠스

Siemens CNC 패널.

공작기계 제어의 자동화는 19세기에 캠이 오랫동안 음악상자를 연주하거나 정교한 뻐꾸기 시계를 작동시키는 방식으로 공작기계를 '재생'하는 캠으로 시작되었다. 토마스 블랜차드는 총을 복사하는 선반(1820년대~30년대)을 지었고 크리스토퍼 광부 스펜서 등의 사람들의 작업은 포탑 선반을 나사 기계(1870년대)로 발전시켰다. 캠 기반의 자동화는 이미 제1차 세계 대전(1910년대)에 의해 고도로 발전된 상태에 도달해 있었다.

그러나 캠을 통한 자동화는 추상적으로 프로그래밍할 수 없기 때문에 수치제어와는 근본적으로 다르다. 캠은 정보를 인코딩할 수 있지만 추상적 수준(엔지니어링 도면, CAD 모델 또는 기타 설계 의도)에서 정보를 캠으로 가져오는 것은 가공이나 파일링이 필요한 수동 공정이다. 이와는 대조적으로 숫자 제어는 숫자나 프로그래밍 언어와 같은 추상적인 개념을 사용하여 정보를 설계 의도에서 기계 제어로 전송할 수 있게 한다.

추상적으로 프로그램 가능한 제어의 다양한 형태는 19세기 동안 존재했다: 재카드 베비지, 플레이어 피아노, 그리고 찰스 배비지 등이 개척한 기계 컴퓨터의 그것들. 이러한 발전은 그 세기부터 공작기계 제어의 자동화와 융합할 수 있는 잠재력을 가지고 있었지만, 그 융합은 수십 년이 지나서야 이루어졌다.

추적기 제어

캠 기반 자동화에 유압 장치를 적용함으로써, 수 피트 가로로 템플릿을 복사할 수 있는 거대한 Pratt & Whitney "Keller Machine"과 같은 스타일러스를 사용하여 템플릿을 추적하는 추적 기계가 탄생했다.[1] 또 다른 접근방식은 1950년대 제너럴 모터스(GM)에서 개척한 '기록과 재생'으로, 저장 시스템을 이용해 인간 기계공의 움직임을 기록한 다음, 요구에 따라 재생하는 방식이었다. 유사 시스템은 오늘날에도 흔히 볼 수 있으며, 특히 새로운 기계 기술자에게 이 과정을 직접 느낄 수 있는 "티칭 선반"이 눈에 띈다. 그러나 이들 중 어떤 것도 수치적으로 프로그래밍할 수 없었고, "프로그래밍"은 수치적이기보다는 물리적이었기 때문에, 이 과정의 어느 시점에 숙련된 기계 기술자가 필요했다.

서보스와 싱크로스

자동화를 완료하기 위한 한 가지 장벽은 기계 가공 공정의 요구되는 공차였으며, 이 공차는 일상적으로 1천분의 1 인치의 순서에 따른다. 펀치 카드와 같은 저장장치에 어떤 종류의 제어장치를 연결하는 것은 쉬웠지만, 필요한 정확도로 제어장치를 올바른 위치로 이동시키는 것은 또 다른 문제였다. 툴의 이동은 선형 입력이 선형 툴 움직임을 초래하지 않음을 의미하는 제어장치에 다양한 힘을 초래했다. 즉, 자카드 베틀의 그것과 같은 제어장치는 그 움직임이 충분히 강하지 않기 때문에 공작기계 작업을 할 수 없었다; 제어장치에 비해 더 많은 힘으로 그것에 대해 "뒤로" 절단되는 금속은 적절하게 대항할 수 있었다.

이 분야의 핵심 발전은 서보메차니즘의 도입으로, 강력하고 통제된 움직임을 만들어 냈으며, 측정 정보가 매우 정확했다. 두 개의 서보를 함께 붙이면 싱크로가 생성되는데, 그곳에서 원격 서보의 동작이 다른 서보에 의해 정확히 일치했다. 다양한 기계식 또는 전기식 시스템을 사용하여 싱크로스의 출력을 판독하여 적절한 이동이 발생했는지 확인할 수 있었다(즉, 폐쇄 루프 제어 시스템을 형성함).

싱크로스를 가공 제어에 사용할 수 있다는 첫 번째 심각한 제안은 에른스트 F에 의해 이루어졌다. GE(General Electric)에서 일하는 스웨덴 이민자 알렉산더슨. 알렉산더슨은 기계식 컴퓨터의 작은 출력이 매우 큰 모터를 구동할 수 있도록 하는 토크 증폭 문제를 연구했는데, 이 문제는 GE가 미 해군 함정의 대형 포병 배치 시스템의 일부로 사용했다. 기계 가공과 마찬가지로, 총 포기는 매우 높은 정확도(도 분율)를 필요로 하며, 총 포탑의 움직임 중 힘은 특히 배가 파도에 부딪힐 때 비선형이었다.[2]

1931년 11월 알렉산더슨은 산업공학부에 같은 시스템을 사용하여 공작기계의 투입물을 구동할 수 있다고 제안하여 켈러 기계와 같은 기존 공구가 필요로 하는 강한 물리적 접촉 없이 템플릿의 윤곽을 따라갈 수 있게 했다. 그는 그것이 "직접 공학적 발전의 문제"[2]라고 말했다. 그러나 이 개념은 사업개발의 관점에서 시대를 앞섰고 GE는 다른 사람들이 이 분야를 개척한 몇 년이 지나도록 이 문제를 심각하게 받아들이지 않았다.

파슨스와 시코르스키

NC의 탄생은 일반적으로 미시간 주 트래버스 시티의 파슨스 사에서 [3]일하는 존 T. 파슨스와 프랭크 L. 스툴렌의 덕분이다. 이 공로로, 그들은 1985년에 공동으로 "기계용 번호제어를 갖춘 자동차와 비행기 생산"으로 국가기술훈장을 받았다.[4]

1942년, 파슨스는 전 포드 트리모터 생산 책임자인 빌 스타우트에 의해 헬리콥터가 "차기 큰 것"이 될 것이라는 말을 들었다. 그는 시코르스키 항공기에 전화를 걸어 가능한 작업에 대해 문의했고, 곧 로터 블레이드에 나무로 된 현악기를 제작하는 계약을 따냈다. 당시 로터 블레이드(회전날개)는 고정날개와 같은 방식으로 제작되었으며, 그 위에 스트링거(또는 더 정확하게 갈비뼈)가 세팅된 긴 관 모양의 강철 스파링으로 구성되어 당시 스트레스 받은 피부로 덮인 공기역학적 형태를 제공하였다. 로터용 스트링거는 시코르스키가 제공한 설계로 제작되었는데, 이 설계는 윤곽을 정의하는 17개의 연속적인 포인트로 파슨스에 보내졌다. 그 후 파슨스는 윤곽을 생성하기 위해 프랑스식 곡선으로 점을 "채워야 했다. 나무 지그를 세워 윤곽의 바깥쪽을 형성하고, 끈끈이를 형성하는 나무 조각들을 지그 안쪽에 압입하여 적당한 곡선을 형성하였다. 그런 다음 이 윤곽 안에 일련의 트러스워크 부재를 조립하여 힘을 제공하였다.[5]

불용 가구공장에 생산을 설치하고 생산량을 늘린 끝에 칼날 하나가 고장 나 스파링에 문제가 생긴 것으로 추적됐다. 적어도 문제의 일부는 스트링거의 금속 칼라를 금속 스파링에 용접하는 것에서 기인하는 것처럼 보였다. 칼라는 공사하는 동안 스트링거에 내장되었다가 스파링 위로 미끄러져 적절한 위치에 용접되었다. 파슨스는 접착제를 이용해 스트링거를 스파링에 직접 부착하는 새로운 방법을 제안했지만 항공기 설계를 시도해 본 적은 없었다.[5]

그 개발로 파슨스는 목재 대신 도장을 찍은 금속 스트링거를 사용할 가능성을 고려하게 되었다. 이것들은 복잡한 레이업과 접착제를 제거하고 나무 위에 나사를 고정하는 것을 제거하기 때문에 훨씬 더 강할 뿐만 아니라 만들기도 훨씬 더 쉬울 것이다. 이를 금속 펀치에 복제하려면 목재 지그를 공구 강철로 만든 금속 절단 공구로 교체해야 한다. 그러한 장치는 복잡한 윤곽을 감안할 때 생산하기가 쉽지 않을 것이다. 아이디어를 찾아 나선 파슨스는 프로펠러 랩 로터리 윙 지점장인 프랭크 스툴렌을 보기 위해 라이트 필드를 찾았다. 그들의 대화 중에 스툴렌은 파슨스가 자신이 무슨 말을 하는지 잘 모른다고 결론지었다. 파슨스는 스툴렌이 이런 결론에 도달했음을 깨닫고, 그 자리에서 그를 고용했다. 스툴렌은 1946년 4월 1일에 일을 시작했고, 세 명의 새로운 기술자를 고용하여 그와 합류했다.[5]

스툴렌의 형은 커티스 라이트 프로펠러에서 일했고, 그들이 공학적 계산에 펀치된 카드 계산기를 사용하고 있다고 언급했다. 스툴렌은 헬리콥터 로터에 대한 최초의 상세한 자동 계산인 로터에 대한 스트레스 계산을 실행하기 위해 이 아이디어를 채택하기로 결정했다.[5] 파슨스는 스툴렌이 펀칭된 카드 기계로 무엇을 하고 있는지를 보고 스툴렌에게 주어진 17점이 아닌 200점으로 윤곽을 만들어 내는 데 사용할 수 있는지, 그리고 밀 절단 도구의 반지름으로 각 점을 상쇄할 수 있는지 물었다. 각 지점을 절단하면 상대적으로 정확한 스트링거 컷아웃이 생성될 것이다. 이렇게 하면 공구 강철을 절단한 다음 금속 스트링거의 스탬프를 위한 매끄러운 템플릿으로 쉽게 내려갈 수 있다.[5]

스툴렌은 그런 프로그램을 만드는 데 아무런 문제가 없었고, 기계 바닥으로 가져갈 수 있는 많은 수의 테이블을 만드는 데 그것을 이용했다. 여기서 한 연산자는 X축과 Y축 각각에 하나씩 다른 연산자 두 명에게 차트의 숫자를 읽어준다. 각 번호 쌍에 대해 작업자는 커팅 헤드를 지정된 지점으로 이동한 다음 공구를 낮춰 커팅을 한다.[5] 이것은 "배수법에 의한" 혹은 더 기술적으로 "배수 절단 위치"라고 불렸다.[6] 오늘날의 2.5축 가공(2축 반 축 가공)의 노동집약적인 프로토타입이었다.

카드를 펀치하고 NC에서 첫 번째 시도

그 때 파슨스는 완전히 자동화된 공작기계를 구상했다. 개요에 충분한 포인트가 있으므로, 그것을 정리하기 위해 수동 작업이 필요하지 않을 것이다. 그러나 수동 조작을 통해 부품이 아웃라인과 더 밀접하게 일치하도록 함으로써 절약된 시간은 조정기를 이동하는 데 필요한 시간만큼 상쇄되었다. 기계의 입력을 카드 판독기에 직접 부착하면 이 지연과 관련된 수동 오류가 제거되고 포인트가 대폭 증가할 수 있다. 그러한 기계는 명령으로 완벽하게 정확한 템플릿을 반복해서 출력할 수 있다. 그러나 당시 파슨스는 그의 아이디어를 개발할 자금이 없었다.

파슨스의 영업사원 중 한 명이 라이트필드를 방문했을 때, 그는 새로 결성된 미 공군이 새로운 제트 동력 설계로 인해 겪고 있는 문제에 대해 들었다. 그는 파슨스가 그들을 도울 것이 있는지 물었다. 파슨스는 록히드에게 자동화 공장에 대한 아이디어를 보여주었지만 흥미가 없었다. 그들은 5축 템플릿 복사기를 사용하여 금속 템플릿에서 잘라낸 스트링거를 생산하기로 결정했고, 이미 값비싼 커팅 머신을 주문했었다. 그러나 파슨스는 다음과 같이 언급했다.

이제 상황을 잠시 상상해 보십시오. 록히드는 이 날개를 만들기 위해 기계를 디자인하기로 계약했다. 이 기계는 5개의 커터 이동 축을 가지고 있었고, 각각의 축은 템플릿을 사용하여 추적기를 제어했다. 아무도 나의 템플릿 제작 방법을 사용하지 않았으니, 그들이 부정확한 템플릿으로 정확한 에어포일 모양을 만들 수 있는 기회가 얼마나 될지 상상해 보라.[5]

파슨의 걱정은 곧 현실이 되었고, 문제를 해결할 수 있다는 록히드의 항의는 결국 공허하게 들렸다. 1949년 공군은 파슨스가 스스로 기계를 만들 수 있도록 자금을 마련하였다.[5] Snyder Machine & Tool Corp과의 초기 작업은 모터로부터 제어장치를 직접 구동하는 시스템이 기계를 완벽하게 매끄럽게 절단하는데 필요한 정확도를 제공하지 못한다는 것을 증명했다. 기계적 조정기가 선형적으로 반응하지 않았기 때문에, 동일한 힘의 양이 조정기에서 항상 동일한 양의 운동을 생성하지는 않는다는 것을 의미하기 때문에, 당신은 단순히 주어진 양의 힘으로 그것을 운전할 수 없었다. 아무리 포인트를 포함해도 윤곽은 여전히 거칠 것이다. 파슨스는 재카드형 제어장치와 가공의 융합을 방해했던 것과 같은 문제에 직면했다.

최초의 상업용 수치로 제어되는 기계

1952년, 전쟁 중 레인지파이터에 대한 방어작업을 많이 한 아르마사는 F. W. 커닝햄 박사가 개발한 최초의 상업적 수리적 통제 선반을 발표했다. 아르마의 첫 자동 선반은 1948년에 만들어졌고, 1950년에 발표되었다.[7][8][9]

파슨스와 MIT

이것은 해결하기 불가능한 문제가 아니라, 컨트롤이 실제로 얼마나 회전했는지를 직접 측정하기 위해 셀싱과 같은 일종의 피드백 시스템을 필요로 할 것이다. 그런 시스템을 구축해야 하는 벅찬 과제에 직면하여 1949년 봄 파슨스는 고든 S에게 눈을 돌렸다. 기계식 컴퓨팅과 피드백 시스템 분야에서 세계적인 리더였던 MIT의 브라운 서보메이시스 연구소.[10] 전쟁 중에 랩은 보잉 B-29 슈퍼포트리스용 전동 건 포탑 시스템과 SCR-584 레이더용 자동 추적 시스템과 같은 많은 복잡한 모터 구동 장치를 만들었다. 그것들은 자연스럽게 파슨스의 자동화된 "By the Number" 기계의 프로토타입으로 기술 이전하는 데 적합했다.

MIT 팀은 윌리엄 피스가 제임스 맥도노의 도움을 받아 이끌었다. 그들은 재빨리 파슨스의 설계가 크게 개선될 수 있다고 결론지었다; 만약 기계가 단순히 A 지점과 B 지점에서 절단되지 않고 점 사이를 부드럽게 움직인다면, 기계가 완벽하게 매끄러운 절단 작업을 할 뿐만 아니라 많은 점수로 절단 작업을 할 수 있을 것이다 – 방앗간에서 많은 수의 절단 작업을 할 필요 없이 직선으로 절단할 수 있을 것이다.Igng는 선을 "바꾸는" 것을 가리킨다. 파슨스와 MIT, 공군 사이에 3자 협정이 마련되었고, 이 프로젝트는 1949년 7월부터 1950년 6월까지 공식적으로 진행되었다.[11] 이 계약은 시제품과 생산 시스템인 "카드-a-매틱 밀링 머신" 두 대를 건설할 것을 요구했다. 둘 다 절단 스트링거를 위한 결과 가능한 시스템을 개발하기 위해 그들의 제분소 중 하나에 부착하기 위해 파슨스에게 넘겨져야 한다.

그 대신 1950년 MIT는 잉여 신시내티 밀링 머신 회사 '하이드로-텔' 공장을 사들였고, 공군과 직접 계약을 맺어 파슨스가 추가 개발에서 손을 뗐다.[5] 파슨스는 나중에 "MIT처럼 명성이 있는 사람이 고의로 내 프로젝트를 떠맡을 줄은 꿈에도 몰랐다"[5]고 말했다. 개발은 MIT에 넘겨졌지만 파슨스는 1952년 5월 5일 '위치확인 기계공구용 모터 제어장치'에 대한 특허를 출원해 1952년 8월 14일 '수리적 제어 서보시스템'에 대한 MIT의 출원을 촉발시켰다. 파슨스는 1958년 1월 14일 미국 특허 2820,187을[12] 받았고, 회사는 벤딕스에 독점 라이선스를 판매했다. IBM, Fujitsu, General Electric은 이미 자체 기기 개발을 시작한 후 모두 서브라이센스를 받았다.

MIT의 기계

MIT는 다양한 핸드휠 입력에 기어를 장착하고 롤러 체인을 모터에 연결하여 기계의 세 축(X, Y, Z)에 각각 하나씩 구동시켰다. 관련 컨트롤러는 5개의 냉장고 크기의 캐비닛으로 구성되었는데, 이 캐비닛은 함께 연결되어 있는 방앗간과 거의 같은 크기 또한 거의 비슷했다. 캐비닛 중 3개는 모터 제어기, 각 모터당 하나의 제어기, 나머지 2개는 디지털 판독 시스템을 포함하고 있었다.[1]

파슨스의 원래 펀치 카드 디자인과 달리 MIT 디자인은 입력에 표준 7트랙 펀치 테이프를 사용했다. 기계의 다른 축을 제어하기 위해 3개의 트랙을 사용했고, 나머지 4개의 트랙은 다양한 제어 정보를 암호화했다.[1] 이 테이프는 각 축마다 2개씩 6개의 릴레이 기반 하드웨어 레지스터를 보관하고 있는 캐비닛에서 읽혔다. 모든 읽기 작업에서 이전에 읽은 점을 "시작점" 레지스터에 복사하고 새로 읽은 점을 "종료점" 레지스터에 복사했다.[1] 테이프는 연속적으로 읽혔고 레지스터의 숫자는 제어 트랙에서 "정지" 명령이 한 줄에 네 개의 구멍이 생길 때까지 증가하였다.

최종 캐비닛은 레지스터를 통해 펄스를 보내고 비교하며 포인트 사이를 보간하는 출력 펄스를 생성하는 시계를 보유했다. 예를 들어, 포인트가 멀리 떨어져 있으면 출력에는 모든 클럭 사이클의 펄스가 발생하는 반면, 근접하게 간격을 둔 포인트는 여러 클럭 사이클 후에만 펄스가 생성된다. 펄스는 모터 제어기의 SUM 레지스터로 전송되었고, 수신될 때마다 펄스 수로 계산되었다. SUM 레지스터는 디지털-아날로그 컨버터에 연결되어 레지스터의 카운트가 증가함에 따라 모터에 동력을 증가시켜 컨트롤이 더 빠르게 움직이게 했다.[1]

모터와 방앗간 자체에 부착된 인코더에 의해 레지스터가 감소하여 1도 회전 시마다 카운트가 1개씩 줄어들게 되었다. 두 번째 지점에 도달하면 카운터가 0을 유지하게 되고, 시계의 펄스가 멈추게 되고, 모터의 회전이 멈추게 된다. 조정기의 각 1도 회전 시 커팅 헤드가 0.0005인치 움직였다. 프로그래머는 느린 움직임을 위해, 혹은 빠른 움직임을 위해 더 멀리 떨어져 있는 점들을 선택하여 컷의 속도를 조절할 수 있었다.[1]

이 시스템은 1952년 9월에 공개되어,[13] 그 달의 Scientific American에 실렸다.[1] MIT의 시스템은 어떤 기술적 조치에서도 뛰어난 성공을 거두었고, 손으로 쉽게 복제할 수 없는 극히 높은 정확도로 어떤 복잡한 컷도 빠르게 만들었다. 그러나 이 시스템은 진공관 250개, 릴레이 175개, 수많은 움직이는 부품 등 엄청나게 복잡해 생산 환경에서의 신뢰성이 떨어졌다. 그것은 또한 비쌌다; 공군에 제시된 총 청구서는 36만 달러.14달러였다.[14] 1952년과 1956년 사이에 이 시스템은 다양한 항공 회사들의 잠재적인 경제적 영향을 연구하기 위해 여러 가지 일회성 설계를 밀링하는 데 사용되었다.[15]

NC 확산

공군 숫자제어 및 밀링머신 프로젝트는 1953년에 정식으로 체결되었지만 기딩스 및 루이스 머신 공구(Lewis Machine Tool Co.) 등지에서 개발이 계속되었다. 1955년 MIT 팀의 많은 수가 기딩스의 지원을 받는 상업용 NC 회사인 콩코드 컨트롤을 결성하기 위해 떠났고, 숫자코드 컨트롤러를 생산했다.[15] 숫자노드는 MIT 디자인과 비슷했지만 펀치 테이프를 제너럴 일렉트릭이 작업하고 있던 마그네틱 테이프 리더기로 교체했다. 테이프에는 다양한 단계의 신호가 다수 포함되어 있었는데, 이는 다양한 제어장치의 각도를 직접 인코딩하였다. 테이프는 제어기에서 일정한 속도로 재생되어, 리모컨이 기계 제어기에 부착되어 있는 동안 셀 싱크의 절반을 인코딩된 각도로 설정하였다. 디자인은 여전히 종이 테이프에 암호화되어 있었지만, 테이프는 자기 형태로 변환되는 독자/작성자에게 전달되었다. 마그탭은 컨트롤러의 복잡성이 크게 감소된 바닥에 있는 어떤 기계에도 사용할 수 있었다. 항공기 스키닝 프레스용 고정밀 다이를 생산하기 위해 개발된 숫자코드 'NC5'는 1955년 WI주 폰두 라크의 G&L 공장에서 가동되기 시작했다.[16]

모나크 기계 도구는 1952년부터 수적으로 제어되는 선반도 개발했다. 그들은 1955년 시카고 머신 툴 쇼(오늘날의 IMTS의 프로세서)에서 완전히 개발되었거나 프로토타입 형태로 된 펀치된 카드나 종이 테이프 기계를 가진 많은 다른 판매업체들과 함께 그들의 기계를 시연했다. 여기에는 현대 기계의 공통적인 특징인 [16]숫자 제어 하에 절단 도구를 변경할 수 있는 키어니와 트레커의 밀워키-마틱 II가 포함됐다.

보잉사의 한 보고서는 "수치적인 통제가 비용 절감, 리드 타임 감소, 품질 개선, 툴링 감소, 생산성 증대 등의 효과를 입증했다"고 지적했다.[16] 이러한 전개와 소수의 사용자들로부터 극찬을 받았음에도 불구하고 NC에 대한 이해는 상대적으로 느렸다. Parsons는 나중에 다음과 같이 언급했다.

NC의 개념은 제조사들에게 너무 낯설고, 너무 느리게 받아들여져서 마침내 미 육군 스스로 120대의 NC 기계를 제작하여 여러 제조사에 임대하여 사용의 대중화를 시작해야 했다.[5]

1958년 MIT는 NC의 경제에 관한 보고서를 발표했다. 그들은 그 도구들이 인간 운영자들과 경쟁적이라고 결론지었지만, 단순히 기계 제작에서 테이프 제작으로 시간을 이동시켰다. 생산군에서 노블은[17] 공군에 관한 한 이것이 전부가 되었다고 주장한다; 고도로 노동조합이 많은 공장 바닥에서 비조합화된 화이트칼라 디자인 사무소로 그 과정을 옮겼다. 폭격기 격차와 국내 전복에 대한 공포가 만연해 있는 제2의 적색 공포인 1950년대 초의 문화적 맥락은 이러한 해석을 조명한다. 서방이 공산주의자들에 대한 국방 생산 경쟁에서 밀릴 것을 강하게 우려했고, 신디칼주의 권력은 "너무 연약해져" (생산량이 적고 단비가 더 많이 든다)거나 심지어 노동조합 내의 공산주의자의 동조 및 전복(서민 계급의 힘을 실어준다는 공통의 주제로부터)에 의해서도 패배로 가는 길이었다.

NC에서의 첫 번째 시도가 보여준 경제적 비효율과는 별개로, 테이프 제작에 필요한 시간과 노력 또한 생산 오류의 가능성을 보여주었다. 이는 1958년에 진행 중인 공군 계약과 자동 프로그램 도구 프로젝트 및 보고서와 같은 동기부여가 될 것이며, 이후 프로젝트인 컴퓨터 지원 설계: 더글라스 T의 1960년 목표 진술서. 로스

CNC 도착

실험 부품에 대한 많은 명령들은 입력으로 사용된 펀치 테이프를 생산하기 위해 "수동"으로 프로그램되었다. MIT의 실시간 컴퓨터인 Whirlwind의 개발 동안, John Runyon은 컴퓨터 제어 하에 이 테이프들을 생산하기 위해 많은 서브루틴을 코드화했다. 사용자는 포인트와 속도 목록을 입력할 수 있으며, 프로그램은 필요한 포인트를 계산하여 자동으로 펀치 테이프를 생성할 수 있다. 한 예로, 이 프로세스는 지시 목록을 작성하고 부품을 가공하는 데 필요한 시간을 8시간에서 15분으로 단축했다. 이에 따라 1956년 6월 수용된 수치통제를 위한 일반화된 '프로그래밍' 언어를 제작하자는 공군에 제안이 이어졌다.[15] 더그 로스는 이 프로젝트의 리더쉽을 받았고 새롭게 만들어진 또 다른 MIT 연구 부서장으로 임명되었다. 그는 "응용프로그램"이라는 단어가 "응용프로그램"이라는 단어에 맞는 "컴퓨터응용프로그램"이라는 단어를 사용하여 많은 역할을 수행할 수 있다는 비전에 맞는 유닛을 컴퓨터응용프로그램그룹으로 명명하기로 선택했다.[18]

9월부터, 로스와 포플은 포인트와 라인을 기반으로 한 기계 제어의 언어를 간략히 설명했고, 몇 년 동안 이것을 APT 프로그래밍 언어로 발전시켰다.[19] 1957년 라이트 패터슨 공군기지의 항공기산업협회(AIA)와 공군 재료사령부가 MIT와 함께 이 작업을 표준화하여 완전한 컴퓨터 제어 NC 시스템을 생산했다. 1959년 2월 25일, 연합팀은 프레스 키트에 나눠진 3D 가공 알루미늄 재떨이를 포함한 결과를 보여주는 기자회견을 열었다.[15][20][21] 1959년에 그들은 또한 1957년 이후 보잉의 60피트 짜리 방앗간에서 APT의 사용을 묘사했다.

한편 패트릭 한라티는 숫자코드에서의 G&L과의 파트너십의 일환으로 GE에서 유사한 개발을 하고 있었다. 그의 언어인 FRONTO는 APT가 1958년에 출시되었을 때 상업적으로 사용되었다.[22] 그 후 한라티는 수표 처리에 사용된 MICR 자석 잉크 문자를 개발하는 데 이어 제너럴 모터스로 옮겨 혁신적인 DAC-1 CAD 시스템을 개발했다.

APT는 곧 2D-APT-II에 "실제" 곡선을 포함하도록 확장되었다. Public Domain으로 출시되면서 MIT는 CAD 실험에 돌입하면서 NC에 대한 집중력을 떨어뜨렸다. APT 개발은 샌디에이고의 AIA와 함께, 1962년 일리노이 기술 연구소에 의해 채택되었다. APT를 국제표준으로 만드는 작업은 USASI X3.4.7에 따라 1963년에 시작되었지만, NC 기계 제조사라면 누구나 FRONTO와 같은 단발성 추가(일회성 추가)를 자유롭게 추가할 수 있었기 때문에, 기본 시스템에 25개의 선택적 추가가 있었던 1968년에 이르러서야 표준화는 완료되었다.[15]

1960년대 초에 APT가 출시되고 있었던 것처럼, 생산 환경에서 훨씬 많은 양의 정보를 처리할 수 있는 2세대 저비용 트랜지스터 컴퓨터들이 시장에 출시되고 있었다. 이로 인해 NC기계의 프로그래밍 비용이 절감되었고, 1960년대 중반에 이르러 대형 항공회사에서 APT 실행이 전체 컴퓨터 시간의 3분의 1을 차지했다.

CADCAM이 CNC를 만나다

CAD CNC 예제.

서보메이캐니즘 연구소가 제1공장을 개발하는 중이었던 1953년, MIT 기계공학부는 학부생에게 그림 그리기 강좌를 수강하도록 하는 요건을 없앴다. 이전에 이러한 프로그램을 가르쳤던 강사들은 디자인 부서로 통합되어 컴퓨터 설계에 대한 비공식적인 논의가 시작되었다. 한편, 새롭게 재창조된 서보미즘 연구실인 전자 시스템 연구소는 디자인이 향후 종이 도표로 시작할지 여부를 논의해 왔다.[23]

1959년 1월, 전자 시스템 연구소와 기계 공학부 설계 부서의 개인들이 참여하는 비공식 회의가 개최되었다. 4월과 5월에 공식적인 회의가 이어졌고, 그 결과 "컴퓨터 지원 설계 프로젝트"[24]가 이루어졌다. 1959년 12월 공군은 시간당 200달러에 104시간의 컴퓨터 시간에 배정된 2만800달러를 포함하여 이 프로젝트에 자금을 대기 위해 ESL에 1년 계약을 22만3000달러에 발행했다.[25] 이는 1959년 그들이 염두에[25] 두고 있던 야심찬 프로그램인 많은 돈과는 거리가 멀다는 것이 증명되었다. 그 당시 새로 졸업한 기술자들은 매달 500달러에서 600달러 정도를 벌고 있었다. 공군의 헌신을 강화하기 위해 로스는 APT 개발 모델의 성공을 재생했다. 결국 5년간 운영된 AED협동조합프로그램은 기업 외부 인력, 기업으로부터 대출받은 설계 인력 등을 두루 섭렵했으며, 일부는 한 번에 14개월, 18개월로 반년씩 MIT로 이직하기도 했다. Ross는 나중에 AED 개발 작업, 시스템 연구, 컴파일러를 지원하기 위해 이 가치를 거의 600만 달러로 추정했다. AED는 기계에 독립적인 소프트웨어 엔지니어링 업무였으며 연구 컴퓨터 과학자들에 의한 알고리즘의 출판 표준인 ALGOL 60의 연장선상에 있었다. 개발은 IBM 709와 TX-0에서 동시에 시작되었고, 이후 다양한 사이트에서 프로젝트를 실행할 수 있게 되었다. 엔지니어링 계산 및 시스템 개발 시스템인 AED는 1965년 3월에 퍼블릭 도메인에 출시되었다.

1959년에 제너럴 모터스는 다양한 GM 디자인 부서에서 생성되고 있는 많은 디자인 스케치를 디지털화, 저장, 인쇄하기 위한 실험 프로젝트를 시작했다. 기본 개념이 효과가 있다는 것을 증명하자, 그들은 생산 버전을 개발하기 위해 IBM과 함께 DAC-1 – Design Abdenged by Computer – 프로젝트를 시작했다. DAC 프로젝트의 한 부분은 종이 도표를 3D 모델로 직접 변환한 후 APT 명령으로 변환하여 밀링 머신을 절단하는 것이었다. 1963년 11월, 트렁크 뚜껑 설계가 처음으로 2D 종이 스케치에서 3D 클레이 프로토타입으로 바뀌었다.[26] 초기 스케치를 제외하고, 설계 대 생산 루프는 닫혀 있었다.

한편, MIT의 오프사이트 링컨 연구소는 새로운 트랜지스터 디자인을 시험하기 위해 컴퓨터를 만들고 있었다. 궁극적인 목표는 본질적으로 TX-2로 알려진 트랜지스터화된 회오리바람이었지만, 다양한 회로 설계를 테스트하기 위해 TX-0으로 알려진 작은 버전이 먼저 만들어졌다. TX-2의 시공이 시작되었을 때, TX-0의 시간은 자유로워졌고, 이로 인해 기계의 CRT 디스플레이 그래픽 사용을 위한 인터랙티브 입력과 사용을 포함한 많은 실험이 이루어졌다. 이러한 개념의 추가 개발은 TX-2에 이반 서덜랜드의 획기적인 스케치패드 프로그램으로 이어졌다.

서덜랜드는 스케치패드 작업을 마치고 유타대학으로 옮겼지만, 그것은 다른 MIT 졸업생들이 최초의 진정한 CAD 시스템을 시도하도록 고무시켰다. 그것은 전자 제도 기계(EDM)로, 제어 데이터에 판매되고 "디그그래픽스"로 알려진 것으로, 록히드가 C-5 갤럭시의 생산 부품을 만드는 데 사용한 것으로, 단대단 CAD/CNC 생산 시스템의 첫 번째 예였다.

1970년까지 CDC, IBM과 같은 대형 판매업체뿐만 아니라 인터그래프, 어플론, 컴퓨팅어비스, 오토트롤 테크놀로지, UGS 코퍼레이션 등을 포함한 다양한 CAD 회사들이 있었다.

CNC 확산

CNC(컴퓨터 수치 제어) 기계의 종이 테이프 판독기.

컴퓨터 사이클의 가격은 1960년대에 유용한 미니컴퓨터의 광범위한 도입으로 급격히 떨어졌다. 결국 전용 서보 시스템을 사용하는 것보다 컴퓨터 프로그램으로 모터 제어와 피드백을 처리하는 것이 비용이 덜 들었다. 소형 컴퓨터는 하나의 방앗간에만 전용되어 전체 공정을 작은 상자에 넣었다.PDP-8과 Data General Nova 컴퓨터는 이러한 역할에서 흔히 볼 수 있었다. 1970년대 마이크로프로세서의 도입으로 구현 비용이 더욱 절감되었고, 오늘날 거의 모든 CNC 기계는 모든 작동을 처리하기 위해 어떤 형태의 마이크로프로세서를 사용한다.

저가 CNC 기계의 도입은 제조업계를 획기적으로 변화시켰다. 곡선은 직선처럼 자르기 쉽고, 복잡한 3-D 구조는 상대적으로 제작이 용이하며, 인간의 행동이 필요한 가공 단계도 획기적으로 줄었다. CNC 가공으로 제조 공정의 자동화가 증가함에 따라, 작업자에게 부담 없이 일관성과 품질의 상당한 향상을 달성하였다. CNC 자동화는 오류 발생 빈도를 줄이고 CNC 운영자에게 추가 작업을 수행할 수 있는 시간을 제공했다. CNC 자동화는 또한 제조 과정에서 부품이 고정되는 방식과 다른 부품을 생산하기 위해 기계를 교체하는 데 필요한 시간을 더욱 유연하게 해준다. 또한 CNC 사업자의 수요가 증가함에 따라 자동화는 노동력보다 더 실행 가능한 선택이 된다.[citation needed]

1970년대 초 서구 경제는 경제성장 둔화와 고용비용 상승에 빠져들었고 NC 기계는 더욱 매력적으로 보이기 시작했다. 미국의 주요 판매업자들은 저비용 NC 시스템에 적합한 기계에 대한 수요에 더디게 반응했고, 이 공허함으로 독일인들은 발을 디뎠다. 1979년 독일 기계 판매(예: 지멘스 시누메릭)이 미국 디자인을 처음으로 뛰어넘었다. 이러한 순환은 빠르게 반복되었고, 1980년경에는 일본이 주도적인 위치를 차지하면서 미국의 판매는 항상 감소했다. 1971년 미국 기업 전체로 구성된 톱텐 차트에서 매출 1위를 차지한 적이 있는 신시내티 밀라크론은 1987년까지 일본 기업들이 많이 지배하는 차트에서 8위를 차지했다.[27]

많은 연구자들은 1970년대 초 미국의 경기 침체로 인해 저가 NC 시스템에 대한 수요가 크게 증가했을 때, 고급 애플리케이션에 초점을 맞춘 것이 그들을 경쟁력 없는 상황에 놓이게 했다고 논평했다. 수익성이 높은 항공우주 시장에 주력했던 미국 기업과 달리 독일과 일본 제조업체들은 처음부터 수익성이 낮은 부문을 타깃으로 삼아 저비용 시장에 훨씬 쉽게 진입할 수 있었다. 게다가 일본 대기업들은 필요한 기계를 생산하기 위해 자회사를 설립하거나 기계 부문을 강화했다. 이는 국가적 노력으로 비쳐졌고 일본 국제무역산업성 MITI에 의해 크게 고무되었다. 개발 초기 MITI는 기술 노하우 전수를 위한 중점 자원을 제공했다.[27][28] 미국의 국가적 노력은 국방 분야가 유지한 역사적 관점에서 통합 제조에 집중되었다. 이는 1980년대 후반에 이른바 공작기계 위기가 인식되면서 국내 공구 제조업체에 대한 노하우의 전수를 넓히려는 여러 프로그램으로 진화했다. 공군은 예를 들어 1989년 차세대 관제사 프로그램을 후원했다. 이러한 과정은 DARPA 인큐베이터와 무수한 연구 보조금으로부터 1990년대까지 계속되었다.

컴퓨팅과 네트워킹이 발전함에 따라 직접 수치제어(DNC)도 발전했다. 그것의 네트워크화가 덜 된 NC와 CNC의 변종들과의 장기적 공존은 개별 기업들이 수익성이 있는 것은 무엇이든 고수하는 경향이 있고, 대안을 모색하기 위한 시간과 비용이 제한적이라는 사실에서 설명된다. 이것은 왜 공작기계 모델과 테이프 저장 매체가 예술의 상태가 발전하는 동안에도 웅장하게 유지되는지를 설명해준다.

DIY, 취미, 개인 CNC

최근[when?] 소규모 CNC의 개발은 미국 정부 상무부의 기관인 국립표준기술연구소(NIST)가 1989년에 실시한 Enhanced Machine Controller 프로젝트에 의해 상당 부분 가능해졌다. EMC [리눅스CNC]는 리눅스 운영체제 아래에서 운영되며 PC 기반 하드웨어에서 작업하는 공용 도메인 프로그램이다. NIST 프로젝트가 종료된 후 개발이 계속되어 GNU General Public License 및 LSPL(General Public License)에 따라 라이센스가 부여된 LinuxCNC로[29] 이어졌다. 또한 원래 EMC 소프트웨어의 파생은 TurboCNC와 Mach3를 비롯하여 여러 개의 독점적인 저비용 PC 기반 프로그램과 독점 하드웨어를 기반으로 한 임베디드 시스템을 가져왔다. 이러한 PC 기반 제어 프로그램을 이용할 수 있게 되면서 DIY CNC가 개발되어 취미 활동가들이 오픈 소스 하드웨어 설계를 이용하여 그들만의[30][31] 시스템을 구축할 수 있게 되었다. 같은 기본 구조로 셔라인과 타이그와 같은 제조사들이 취미 생활자들을 위한 턴키 경량 데스크탑 밀링 머신을 생산할 수 있게 되었다.

아트 페너티가 작성한 마하3의 PC 기반 소프트웨어와 지원 정보의 손쉬운 가용성은 시간과 기술적 전문지식을 갖춘 사람이라면 누구나 가정과 프로토타입을 위한 복잡한 부품을 만들 수 있게 한다. 페너티는 윈도우 기반 PC CNC 가공의 주요 설립자로 꼽힌다.[32]

결국, 홈브루 건축은 완전히 상업화되었고 상업적, 산업적 용도에 적합한 더 큰 기계를 만드는데 사용되었다. 이 등급의 장비를 개인 CNC라고 한다. 개인용 컴퓨터의 진화와 병행하여 퍼스널 CNC는 EMC와 PC 기반 제어에 뿌리를 두고 있지만, 많은 경우 더 큰 재래식 장비를 대체할 수 있을 정도로 진화해 왔다. 퍼스널 CNC는 퍼스널 컴퓨터와 마찬가지로 개인에게 유용하게 사용할 수 있는 크기, 기능, 원래 판매가격 등을 갖춘 장비가 특징이며, CNC 기술에 대한 전문적인 교육을 받지 않고 최종 사용자가 직접 운용할 수 있도록 되어 있다.

오늘

기계 공구는 작동 수명이 길기 때문에 현재 CNC 시설에서 테이프 판독기를 찾을 수 있다. CNC 프로그램을 기계 공구로 옮기는 다른 방법들, 즉 디스켓이나 휴대용 컴퓨터의 직접 연결도 사용된다. 펀치된 마일러 테이프는 더 강력하다. 플로피 디스크, USB 플래시 드라이브 및 로컬 영역 네트워킹은 특히 고도로 통합된 대규모 환경에서 테이프를 어느 정도 대체했다.

CNC의 확산은 APT에 대한 독점적 확대와 같이 라이센싱이나 특정 설계 개념에 의해 구속되지 않는 새로운 CNC 표준의 필요성으로 이어졌다.[19] 플롯터들이 지원하는 벡터 그래픽 마크업 언어에 기초하여 많은 다른 "표준"이 한 동안 확산되었다. 그러한 표준 중 하나는 게르버 사이언티픽 플로터(Gerber Scientific Plotter)에 원래 사용되었고 그 다음 CNC용으로 채택되었던 "G-code"가 그 이후로 매우 보편화되었다. 파일 형식이 매우 널리 사용되어 EIA 표준으로 구현되었다. 다시 말해, G-code가 오늘날 CNC 기계에 의해 사용되는 지배적인 언어인 반면, 그것을 기존의 플로터 표준에서 성장하지 않고 CNC를 위해 의도적으로 설계된 시스템인 STEP-NC로 대체하려는 압력이 있다.[33]

G-code가 프로그래밍의 가장 일반적인 방법인 반면, 일부 기계 툴/제어 제조업체들은 또한 그들만의 독점적인 "전환" 프로그래밍 방법을 발명하여 간단한 부품을 프로그래밍하고 기계에서 설정과 수정을 더 쉽게 만들려고 노력했다(마작의 마자트롤, 오쿠마의 IGF, Hurco 등). 이것들은 다양한 성공에 부딪쳤다.[34]

CNC 인터프리터의 최근[when?] 발전은 파라메트릭 프로그래밍(매크로 프로그래밍이라고도 함)으로 알려진 논리 명령의 지원이다. 파라메트릭 프로그램에는 BASIC과 유사한 제어 언어뿐만 아니라 장치 명령도 포함된다. 프로그래머는 if/den/else 문, 루프, 서브프로그램 호출, 다양한 산술 수행, 변수를 조작하여 하나의 프로그램 내에서 큰 자유도를 만들 수 있다. 크기가 다른 전체 제품군을 로직과 간단한 산술로 프로그래밍하여 전체 범위의 부품을 제작 및 스케일링하거나 고객이 요구하는 사이즈에 맞춰 확장할 수 있는 스톡 부품을 만들 수 있다.

2006년경부터,[citation needed] 아직 CNC와 DNC에 큰 영향을 미치지 않은 정보 기술 세계 다른 곳의 여러 동향에 대해 CNC, DNC와의 융합을 촉진하기 위한 발상이 제시되고 추진되고 있다. 이러한 추세 중 하나는 더 많은 데이터 수집(더 많은 센서), 더 크고 더 많은 자동화된 데이터 교환(새로운 개방형 업계 표준 XML 스키마 구축을 통한) 및 데이터 마이닝이 결합되어 새로운 수준의 비즈니스 인텔리전스와 제조에서 워크플로우 자동화를 제공하는 것이다. 이러한 경향의 또 다른 하나는 웹 개발, 스마트폰 앱 개발 및 s에서 시작된 앱 마켓플레이스의 새로운 IT 문화를 가져가면서, 앞에서 언급한 오픈 데이터 표준과 함께 널리 퍼진 API가 등장하여 오픈 및 상업적일 수 있는 사용자 생성 앱과 매시업 생태계를 장려하는 것이다.CNC, DNC, 그리고 CNC/DNC와 네트워크로 연결된 다른 공장 자동화 시스템에 사전 배치. MTConnect는 이러한 아이디어를 성공적인 구현에 도입하기 위한 선도적인 노력이다.[when?][citation needed]

참고 항목

참조

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인용된 출처

추가 읽기