Джон Т. Парсънс- изобретател на цифровото управление на металорежещите машини

През 1944 г. Джон Т. Парсънс (John T. Parsons) e зает с производството на приспособления за ръчно изработваните тогава роторни лопатки за хеликоптера R-5 на Сикорски, което развива във фирмата си Parsons Corporation в Траверс сити (Traverse City), щат Мичиган, САЩ.

След инцидент с хеликоптер, дължащ се на недостатъчната динамична якост на роторните лопатки, Парсонс предлага подобряване на механичните им свойства чрез щамповането им от стомана. Експериментите показват, че идеята е добра и тя се внедрява в по-нататъшното производство. Парсонс се заема и със самото конструиране на лопатките. Установява, че традиционните за онова време ръчно извършвани изчисления на геометрията на работните профили на лопатките и напреженията в напречните им сечения отнемат твърде много време и не са достатъчно точни. Тогава той наема Франк Стулен (Frank Stulen), който разработва програма за изчисленията и я записва върху перфокарти. За изчисленията се използва компютър на IBM.

Самите щампи за роторни лопатки се произвеждат върху копирни фрезови машини. Точността на обработката зависи в голяма степен от изходната точност на копирите. Копирът представлява детайл тип „плоча” с работен профил, съответстващ на геометрията на работните повърхнини на лопатката. Благодарение на компютърните изчисления работният профил на копира вече може да се дефинира не от 15 възлови точки, както е било при ръчните изчисления, а от 200. Това позволява той да се приближи максимално до теоретичния профил на лопатката.

Производството на копирите се извършва върху вертикална фрезова машина (на фирмата Bridgeport). Франк Стулен разработва таблица с координатите по X и Y на възловите точки. Z-координатите не са били нужни, т.к. копирът е с постоянна дебелина. Работното подаване се извършва от двама работника в съответствие с таблицата. Единият задвижва ръчката за преместване на надлъжната шейна (ос X), а другият- на напречната (ос Y). Производителността и точността нарастват значително. След успешна демонстрация пред представители на военновъздушните сили Пентагонът поръчва на Парсънс да разработи машина за автоматизирано производство на шаблони за крилата на изтребител.

Парсънс и Стулен осъзнават, че високите изисквания за точност не могат да се постигнат с наличните подавателни преводи (с характерните за тях грешки в стъпката на винта, хлабини, ниска осова стабилност) и при очертаваща се дължина на технологичния процес от около 800 стъпки. Parsons Company наема за подизпълнител (за периода 01.07.1949- 30.06.1950, продължен до февруари 1951) Лабораторията за подавателни преводи (ServoMechanism Laboratory) на Масачузетския технологичен институт MIT (Massachusetts Institute of Technology), който е имал тогава водеща роля в областта на задвижванията.

Идеята е била следната. Компютърът на IBM не само изчислява координатите на възловите точки на обработвания профил, но и подава импулси към подавателния двигател. Броят, знакът и честотата на импулсите са пропорционални на дължината, посоката и скоростта на работното подаване. Роторът на двигателя задвижва винта на сачмено-винтовата двойка (СВД), благодарение на което шейната на машината, свързана твърдо с гайката на СВД, получава желаното преместване. Ако машината се снабди с два или три подавателни превода, те могат да се задвижват синхронизирано и да позволят върху машината да се обработват сложни повърхнини. Тъй като управлението на машината се извършва от компютър, наричан тогава електронно-цифрова изчислителна машина, този нов принцип на управление е наречен от Парсънс „Numerical Control” („Цифрово управление”).

Първоначално управляващата програма е подавана чрез пакет от перфокарти, които автоматично се поемат една по една и се прочитат от четящото устройство на компютъра. Този принцип на подаване и четене не дава необходимата бързина на въвеждане на информацията. От тази бързина, обаче, зависи скоростта на движение на шейните, която не е удовлетворителна при перфокартите. Затова вместо тях е било предвидено да се използва магнитна лента или нововъведената от IBM перфолента. Но оригиналната идея се е базирала на използването на перфокартите, поради което проектираната първа NC-фрезова машина е била наречена авансово от Парсънс Card-a-matic Milling Machine.

MIT не изпълнява договора с Парсънс и не доставя поръчаните подавателни преводи. Нещо повече, MIT сключва директно договор с Пентагона по същия предмет, като фактически отстранява Parsons Company от правителствената програма за развитие на NC-системите.

Парсънс и MIT подават поотделно заявки за изобретение на NC-управлението на металорежещите машини. На 14.01.1958 патент № 2820187 е издаден на Парсънс, като за изобретатели са признати Джон Т. Парсънс и Франк Стулен.

Личността на Джон Т. Парсънс (13.10.1913-19.04.2007) е увековечена с постоянен знак в американската зала на славата, посветена на изобретатели с особено значим принос за развитието на индустрията на страната.

Изобретението на Джон Т. Парсънс даде възможност за качествено нов скок в технологията на обработка чрез рязане, характеризиращ се с висока точност и производителност, възможност за обработване на детайли с голяма и особено голяма сложност в условията на различни видове производство- от единичното до едросерийното. Благодарение на революционното си изобретение Джон Т. Парсънс с основание е наричан Баща на Втората индустриална революция. Да си припомним, че Баща на (първата) индустриална революция е Джеймс Уат (19.01.1736-25.08.1819)- изобретателят на парната машина.

Първа демонстрация на машина с ЦПУ- машината на MIT, показана през 1952 г.

Въз основа на договор с Пентагона Лабораторията за подавателни преводи (ServoMechanism Laboratory) на Масачузетския технологичен институт MIT (Massachusetts Institute of Technology) започва разработка и през септември 1952 г. демонстрира прототип на NC-управлявана металорежеща машина.

За основа е избрана вертикалната фрезова машина Cincinnati Hydro-Tel. Работната маса има едно движение- надлъжното по ос Х, а вретеното се движи в напречно направление по ос Y и вертикално по ос Z.

Управляващата програма първоначално се набира върху пулт с клавиши на пишеща машина, като синхронно с набора се извършва автоматичното перфориране на хартиена лента с широчина 1 инч, наричана перфолента. Записът от перфолентата се пренася върху устройство за записване на изходящите сигнали върху магнитна лента. Сигналите от магнитната лента се използват за управление на подавателните двигатели.

Първата машина с NC-управление с търговско предназначение

През април 1953 г. Giddings&Lewis в сътрудничество с MIT и General Electric Co. стартират работа по създаването на цифрова система, наречена Numericord, която използва устройството за запис/възпроизвеждане върху/от магнитна лента, предложено от General Electric Co. Системата за управление е разработена от MIT и е базирана на принципа за първоначално записване на управляващата програма върху перфолента с последващата й прехвърляне върху магнитна лента, която управлява подавателните двигатели.

През 1955 г. Giddings&Lewis демонстрира първата металорежеща машина с търговско предназначение, управлявана от NC-система.

Първият обработващ център, показан от Kearney & Trecker през 1959 г.

През 1959 г. фирмата Kearney & Trecker Corporation показва машината Milwaukee-Matic II- първата машина с търговско предназначение, която притежава система за автоматична смяна на инструментите (АСИ). Системата за АСИ се състои от инструментален магазин и автооператор.

Инструменталният магазин е барабанен тип с гнезда, в които се съхраняват инструментите. По команда от управляващата програма магазинът се завърта така, че гнездото с нужния инструмент да се окаже в позиция за смяна. Когато и вретеното е в своята позиция за смяна, автооператорът завърта своята двузахватна механична ръка, която хваща едновременно инструментите в магазина и вретеното, изважда ги, завърта се на 180⁰ и с движение назад въвежда новия инструмент във вретеното, а стария- в магазина.