CNCプログラミングの進化：簡潔な歴史概観

製造業において、CNC機械加工ほど汎用性の高いプロセスは少ないでしょう。CNC（コンピュータ数値制御の略）は、コンピュータを通じて機械加工作業を自動化する手法です。減法CNC機械加工では、金属ブロックをコンピュータにプログラムされた仕様に従って成形・切削し、オペレーターや監督者なしで高精度に部品を造り出し、機械加工プロセスからヒューマンエラーを排除します。

コンピュータ制御機械加工が非コンピュータ化機械加工より顕著な改善であることは驚くには当たりません。しかし、コンピュータ数値制御はどこから来たのでしょう？イノベーションと技術は300年足らずで大きく進歩しました。CNCの簡潔な歴史を語りましょう。

始まりから始めるのが一番です。ジェームズ・ワットとマシュー・ボルトンは1760年代と70年代に蒸気機関を製作しましたが、ハンマー鍛造鉄を使用せざるを得ず、ピストンを通過する漏れが生じていました。それが1775年、ジョン・ウィルキンソンが広く最初の工作機械と見なされるボーリングマシンを発明するまで続きました。これは切削工具を両端で保持しシリンダーを貫通させるもので、50インチ径のシリンダーを生産し、ボルトンとワットの蒸気機関をより効率的に稼働させ、産業革命を推進しました。

1775年、ジョン・ウィルキンソンが広く最初の工作機械と見なされるボーリングマシンを発明し、より効率的な蒸気機関の実現に貢献しました。

少し時代を遡りましょう。1725年フランス、バジル・ブションがパンチ穴でデータをエンコードした紙を用いて織機を制御する方法を発明。画期的でしたが、1805年ジョセフ・ジャカードがより頑丈なカードをシーケンスで使用しプロセスを自動化するまでオペレーターが必要でした。作業員が手作業で穴を開けてカードを「コーディング」する必要がありました。本質的に、織機はカードを「読み取り」、「選択」し、フックをイエス/ノー基準で通過させました。これが二進法コードです。

パンチカードは1800年代を通じて電信、自動演奏ピアノ等様々な用途で有用性を発見。ハーマン・ホレリスが電気機械式で使用し、1896年タビュレーティングマシン社を設立、これが現在のIBMです。

ここまでで機械とコンピュータが揃いました。これらを結合する必要があります。これによりサーボメカニズムが、1896年イギリスのH.カレンダーにより創造されました。サーボは機械やメカニズムの性能を自動補正する装置。サーボメカニズムは被制御装置、指令装置、誤差検出器、誤差補正器で構成。CNC機械加工では、サーボが要求公差達成に不可欠です。

サーボメカニズムが利用可能になっても、航空宇宙への応用までさらに約50年かかりました。1942年、パイオニアのジョン・パーソンズが数値制御（NC）を用いてヘリコプターローターブレード製造を開始、1946年エンジニアフランク・スタレン雇用でプロセス完成。スタレンはIBMパンチカード（まだ手動穿孔！）を用いてローターブレード耐応力をより正確に決定するアイデアを出しました。まもなく1949年、米空軍がパーソンズを雇い精密機体翼製造を委託。

次なる進化は1956年、MITが自動プログラミングツール（APT）を開発。MITの数値制御（NC）マシンで動作する言語です。プロジェクトリーダーのダグラス・ロスは後に「コンピュータ支援設計」という用語を創出、これが現在のCADですが、GEのコンピュータ科学者パトリック・ハナラティが1957年PRONTO言語を書き、後のCADプログラムで使用されたことで「CADの父」と呼ばれるようになりました。

CADソフトウェアによりエンジニアは複雑部品を設計し、情報を直接CNCマシンへ送信して生産可能です。

1960年代、コンピュータが小型化し、コンピュータとNCが結合してついにCNCが誕生。1970年代の緩やかな経済成長でCNCはコスト効率の良いソリューションとなり、Apple IIやMacintosh等パーソナルコンピュータが日常の人々、重要なことにマシニストの手にコンピューティングパワーを渡したことで有用性はさらに増大しました。

今日、CNCは機械加工の限界を押し広げ続けています。装置が一つの仕事しかできなかった時代は終わりました。かつてはフライスか旋削しかできませんでしたが、今では複数タスク実行、最大6軸（将来の技術でこの発言もいつか古く見えるでしょう）で動作するマシンがあります。