La historia del control numérico (NC) comenzó cuando la automatización de las máquinas herramienta incorporó por primera vez conceptos de lógica programable de manera abstracta, y continúa hoy en día con la evolución continua de la tecnología de control numérico por computadora (CNC).

Las primeras máquinas NC fueron construidas en los años 1940 y 1950, basadas en herramientas existentes que fueron modificadas con motores que movieron los controles para seguir los puntos introducidos en el sistema en cinta perforada. Estos primeros servomecanismos se aumentaron rápidamente con computadoras analógicas y digitales, creando las modernas máquinas herramientas CNC que han revolucionado los procesos de mecanizado.

Formas anteriores de automatización.
Cámaras
Panel CNC Siemens.

La automatización del control de la máquina-herramienta comenzó en el siglo XIX con cámaras que “jugaban” a una máquina herramienta de la forma en que las cámaras habían estado tocando cajas musicales u operando elaborados relojes de cuco. Thomas Blanchard construyó sus tornos para copiar armas (1820-30), y el trabajo de personas como Christopher Miner Spencer desarrolló el torno de torreta en la máquina de tornillo (1870). La automatización basada en cámaras ya había alcanzado un estado muy avanzado en la Primera Guerra Mundial (década de 1910).

Sin embargo, la automatización a través de cámaras es fundamentalmente diferente del control numérico porque no se puede programar de manera abstracta. Las cámaras pueden codificar información, pero obtener la información del nivel abstracto (dibujo de ingeniería, modelo CAD u otro propósito de diseño) en la cámara es un proceso manual que requiere mecanizado o archivo. Por el contrario, el control numérico permite que la información se transfiera desde la intención del diseño al control de la máquina utilizando abstracciones como los números y los lenguajes de programación.

Varias formas de control abstractamente programable habían existido durante el siglo XIX: las de los telares Jacquard, los pianos de reproducción y las computadoras mecánicas iniciadas por Charles Babbage y otros. Estos desarrollos tenían el potencial de convergencia con la automatización del control de la máquina-herramienta a partir de ese siglo, pero la convergencia no se produjo hasta muchas décadas después.

Parsons Corp. y Sikorsky

El nacimiento de NC o CNC generalmente se acredita a John T. Parsons y Frank L. Stulen, [3] que trabajan en Parsons Corp. de Traverse City, Michigan. Por esta contribución, fueron galardonados conjuntamente con la Medalla Nacional de Tecnología en 1985 por “Revolutioniz [ing] Producción de automóviles y aviones con controles numéricos para máquinas”. [4]

En 1942, a Parsons se le dijo que los helicópteros iban a ser la “próxima gran cosa” del ex jefe de producción de Ford Trimotor, Bill Stout. Llamó a Sikorsky Aircraft para preguntar por un posible trabajo, y pronto consiguió un contrato para construir los largueros de madera en las palas del rotor. En ese momento, las palas del rotor (alas giratorias) se construyeron de la misma manera que las alas fijas, consistiendo en un larguero de acero tubular largo con largueros (o costillas más exactamente) colocadas en ellas para proporcionar la forma aerodinámica que luego se cubrió con un piel estresada Los largueros para los rotores se construyeron a partir de un diseño proporcionado por Sikorsky, que se envió a Parsons como una serie de 17 puntos que definen el contorno. Parsons luego tuvo que “rellenar” los puntos con una curva francesa para generar un esquema. Se construyó una plantilla de madera para formar el exterior del contorno, y las piezas de madera que forman el larguero se colocaron bajo presión contra el interior de la plantilla para que formaran la curva adecuada. Luego se reunieron una serie de miembros de armadura dentro de este contorno para proporcionar fuerza. [5]

Después de configurar la producción en una fábrica de muebles en desuso y aumentar la producción, una de las cuchillas falló y se detectó un problema en el larguero. Al menos parte del problema parecía provenir de la soldadura por puntos de un collar metálico en el larguero al larguero metálico. El collar se incorporó en el larguero durante la construcción, luego se deslizó sobre el larguero y se soldó en la posición adecuada. Parsons sugirió un nuevo método para unir los largueros directamente al larguero usando adhesivos, nunca antes probado en un diseño de aeronave. [5]

Ese desarrollo llevó a Parsons a considerar la posibilidad de usar largueros de metal estampados en lugar de madera. Estos no solo serían mucho más fuertes, sino también mucho más fáciles de hacer, ya que eliminarían el complejo amontonamiento y el pegamento y la fijación de tornillos en la madera. Duplicar esto en un punzón de metal requeriría que la plantilla de madera sea reemplazada por una herramienta de corte de metal hecha de acero para herramientas. Tal dispositivo no sería fácil de producir dado el esquema complejo. En busca de ideas, Parsons visitó Wright Field para ver a Frank L. Stulen, el jefe de la sucursal del ala rotatoria de Propeller Lab. Durante la conversación, Stulen concluyó que Parsons realmente no sabía de qué estaba hablando. Parsons se dio cuenta de que Stulen había llegado a esta conclusión y lo contrató en el acto. Stulen comenzó a trabajar el 1 de abril de 1946 y contrató a tres nuevos ingenieros para que lo acompañaran. [5]

El hermano de Stulen trabajó en Curtis Wright Propeller y mencionó que estaban usando calculadoras de tarjetas perforadas para cálculos de ingeniería. Stulen decidió adoptar la idea de realizar cálculos de estrés en los rotores, los primeros cálculos automáticos detallados en rotores de helicópteros. [5] Cuando Parsons vio lo que Stulen estaba haciendo con las máquinas de tarjetas perforadas, le preguntó a Stulen si podían usarse para generar un contorno con 200 puntos en lugar de los 17 que recibieron, y compensar cada punto con el radio de una herramienta de corte de fresado. Si corta en cada uno de esos puntos, se producirá un corte relativamente exacto del larguero. Esto podría cortar la herramienta de acero y luego ser archivada fácilmente a una plantilla suave para estampar largueros de metal. [5]

Stullen no tuvo problemas para hacer tal programa, y ​​lo utilizó para producir grandes tablas de números que se llevarían al piso de la máquina. Aquí, un operador leyó los números de las tablas a otros dos operadores, uno en cada uno de los ejes X e Y. Para cada par de números, los operadores moverían el cabezal de corte al lugar indicado y luego bajarían la herramienta para hacer el corte. [5] Esto se denominó “método de los números” o, más técnicamente, “posicionamiento de corte por inmersión”. [6] Era un prototipo de trabajo intensivo del mecanizado de 2.5 ejes actual (mecanizado de dos ejes y medio).

Tarjetas perforadas y primeros intentos en NC

En ese momento, Parsons concibió una máquina-herramienta CNC completamente automatizada. Con suficientes puntos en el contorno, no se necesitaría ningún trabajo manual para limpiarlo. Sin embargo, con la operación manual, el tiempo ahorrado al hacer que la parte coincida más con el contorno se compensó con el tiempo necesario para mover los controles. Si las entradas de la máquina estuvieran conectadas directamente al lector de tarjetas, esta demora, y cualquier error manual asociado, se eliminaría y la cantidad de puntos podría aumentar dramáticamente. Una máquina así podría lanzar repetidamente plantillas perfectamente precisas al mando. Pero en ese momento, Parsons no tenía fondos para desarrollar sus ideas.

Cuando uno de los vendedores de Parsons estaba de visita en Wright Field, se le informó de los problemas que la recién formada Fuerza Aérea de los EE. UU. Estaba teniendo con los nuevos diseños con motores a reacción. Preguntó si Parsons tenía algo para ayudarlos. Parsons le mostró a Lockheed su idea de un molino CNC automatizado, pero no les interesaba. Decidieron usar copiadoras de plantilla de 5 ejes para producir los largueros, cortando a partir de una plantilla de metal, y ya habían pedido la costosa máquina de corte. Pero como Parsons señaló:

Ahora solo imagina la situación por un minuto. Lockheed se había contratado para diseñar una máquina para hacer estas alas. Esta máquina tenía cinco ejes de movimiento del cortador, y cada uno de ellos estaba controlado por un trazador utilizando una plantilla. Nadie estaba usando mi método para hacer plantillas, así que imagínate qué posibilidades tendrían de hacer una forma precisa de perfil aerodinámico con plantillas inexactas. [5]

Las preocupaciones de Parson pronto se hicieron realidad, y las protestas de Lockheed de que podrían solucionar el problema eventualmente sonaron huecas. En 1949, la Fuerza Aérea organizó fondos para que Parsons construyera sus máquinas CNC por su cuenta. [5] El trabajo inicial con Snyder Machine & Tool Corp demostró que el sistema de conducción directa de los controles de los motores no daba la precisión necesaria para configurar la máquina para un corte perfectamente suave. Debido a que los controles mecánicos no respondieron de manera lineal, no se podía simplemente conducirlo con una cantidad determinada de energía, ya que las diferentes fuerzas significaban que la misma cantidad de energía no siempre produciría la misma cantidad de movimiento en los controles. No importa cuántos puntos incluyó, el esquema aún sería áspero. Parsons se enfrentó al mismo problema que había evitado la convergencia de los controles tipo Jacquard con el mecanizado.

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