数値制御の歴史

数値制御(NC)の歴史は、工作機械の自動化に抽象的にプログラム可能なロジックの概念が初めて組み込まれたときに始まり、今日でもコンピュータ数値制御 (CNC) 技術の継続的な進化とともに続いています。

最初の NC マシンは、既存のツールを改造してモーターを取り付け、パンチ テープでシステムに入力されたポイントに従ってコントロールを動かすというものでした。これらの初期のサーボ機構は、アナログ コンピューターやデジタル コンピューターで急速に拡張され、機械加工プロセスに革命をもたらした現代の CNC 工作機械が誕生しました。

工作機械の制御の自動化は、カムがオルゴールを演奏したり、精巧なカッコー時計を操作したりしてきたのと同じように、工作機械を「操作」するカムとともに 19 世紀に始まりました。トーマス・ブランチャードはガンコピー旋盤を製作し (1820 年代から 1830 年代)、クリストファー・マイナー・スペンサーなどの人々の仕事により、タレット旋盤がスクリューマシンに発展しました(1870 年代)。カムベースの自動化は、第一次世界大戦(1910 年代)までにすでに非常に高度な段階に達していました。

しかし、カムによる自動化は抽象的にプログラムできないため、数値制御とは根本的に異なります。カムは情報をエンコードできますが、抽象的なレベル（設計図、CAD モデル、またはその他の設計意図）からカムに情報を取得するには、機械加工やファイリングを必要とする手動プロセスが必要です。対照的に、数値制御では、数字やプログラミング言語などの抽象化を使用して、設計意図から機械制御に情報を転送できます。

19 世紀には、ジャカード織機、自動ピアノ、チャールズ・バベッジらが開拓した機械式コンピュータなど、さまざまな形の抽象的にプログラム可能な制御が存在していました。これらの開発は、その世紀に始まった工作機械制御の自動化と融合する可能性を秘めていましたが、融合が実現したのは数十年後のことでした。

油圧をカムベースの自動化に応用した結果、テンプレートをトレースするためにスタイラスを使用するトレース機が生まれました。たとえば、プラット・アンド・ホイットニーの巨大な「ケラーマシン」は、幅数フィートのテンプレートをコピーすることができました。^[1]もう 1 つのアプローチは「記録と再生」で、 1950 年代にゼネラルモーターズ(GM) が開拓したもので、人間の機械工の動きをストレージ システムで記録し、必要に応じて再生するものでした。類似のシステムは今日でも一般的で、特に「ティーチング旋盤」は、新しい機械工にプロセスの実践的な感覚を与えるものです。ただし、これらのいずれも数値的にプログラム可能ではなく、プロセスのどこかの時点で熟練した機械工が必要でした。これは、「プログラミング」が数値ではなく物理的だったためです。

完全な自動化の障害の 1 つは、機械加工プロセスに必要な許容誤差です。これは通常、1000 分の 1 インチのオーダーです。パンチ カードなどのストレージ デバイスに何らかの制御を接続するのは簡単ですが、制御が必要な精度で正しい位置に移動することを確認するのは別の問題です。ツールの動きによって制御にかかる力が変化するため、線形入力がツールの線形動作につながらないことになります。言い換えると、ジャカード織機のような制御は、動きが十分に強くないため、工作機械では機能しません。切断される金属は、制御が適切に対抗できる以上の力で「反撃」します。

この分野における重要な開発は、高精度の測定情報を使用して強力で制御された動きを生み出すサーボ機構の導入でした。2 つのサーボを接続するとシンクロが生成され、リモート サーボの動きが別のサーボによって正確に一致します。さまざまな機械的または電気的システムを使用して、シンクロの出力を読み取ることで、適切な動きが発生したことを確認できます (つまり、閉ループ制御システムを形成します)。

シンクロを機械加工の制御に使用できるという最初の本格的な提案は、ゼネラル・エレクトリック（GE）で働いていたスウェーデンから米国に移住したエルンスト・FW・アレクサンダーソンによってなされた。アレクサンダーソンは、機械式コンピュータの小さな出力で非常に大きなモーターを駆動できるようにするトルク増幅の問題に取り組んでおり、GEはそれを米国海軍艦艇のより大きな砲座システムの一部として使用した。機械加工と同様に、砲座には非常に高い精度（1度の何分の1）が必要であり、砲塔の動きの際の力は非線形であり、特に船が波に揺れるときにはそうであった。^[2]

1931年11月、アレクサンダーソンは工業工学部に、同じシステムを使って工作機械の入力を駆動し、ケラーマシンのような既存のツールに必要な強い物理的接触なしにテンプレートの輪郭をたどることができると提案した。彼はそれが「純粋なエンジニアリング開発の問題」であると述べた。^{[2]しかし、このコンセプトは}ビジネス開発の観点からは時代を先取りしており、GEがこの問題を真剣に受け止めたのは、何年も経って他社がこの分野を開拓するまでのことでした。

NC の誕生は、一般的には、ミシガン州トラバースシティのパーソンズ社で働いていたジョン・T・パーソンズとフランク・L・スタレン [3] の功績とされてい^ます。この貢献により、彼らは 1985 年に「機械の数値制御による自動車と飛行機の生産の革命」で国家技術賞を共同で受賞しました。^[4]

1942年、パーソンズは、フォード トライモーター製造の元責任者であるビル スタウトから、ヘリコプターが「次の大物」になるだろうと聞かされた。彼はシコルスキー エアクラフト社に連絡して仕事の可能性を問い合わせ、すぐにローター ブレードの木製ストリンガーを製造する契約を獲得した。当時、ローター ブレード (回転翼) は固定翼と同じ方法で製造されており、長い管状の鋼桁と、その上に取り付けられたストリンガー (より正確にはリブ) で空気力学的形状が作られ、その上に応力外皮が覆われていた。ローターのストリンガーは、シコルスキーが提供した設計に基づいて製造され、その設計は、輪郭を定義する17個の点のシリーズとしてパーソンズに送られた。次に、パーソンズはフランス曲線で点を「埋めて」輪郭を生成する必要があった。木製の治具を組み立ててアウトラインの外側を形成し、ストリンガーを形成する木片を治具の内側に圧力をかけ、適切な曲線を形成しました。次に、このアウトラインの内側に一連のトラス部材を組み立てて強度を高めました。^[5]

廃墟となった家具工場に生産設備を設置し、生産量を増やした後、ブレードの 1 つが故障し、原因は桁にあることが判明しました。問題の少なくとも一部は、ストリンガーの金属カラーを金属桁にスポット溶接したことに起因しているようでした。カラーは製造中にストリンガーに組み込まれ、その後桁に滑り込ませて適切な位置に溶接されました。パーソンズは、接着剤を使用してストリンガーを桁に直接取り付ける新しい方法を提案しましたが、これは航空機の設計ではこれまで試されたことはありませんでした。^[5]

この開発により、パーソンズは木材の代わりに打ち抜き加工した金属製のストリンガーを使用する可能性を検討するに至った。これらははるかに強度が高いだけでなく、木材の複雑な積層や接着剤、ネジ留めが不要になるため、はるかに簡単に製造できる。これを金属パンチで再現するには、木製の治具を工具鋼でできた金属切削工具に置き換える必要がある。このような装置は、複雑な外形を考えると製造が容易ではない。アイデアを求めて、パーソンズはライトフィールドを訪れ、プロペラ研究所回転翼部門の責任者であるフランク・L・スタレンに会った。会話の中で、スタレンはパーソンズは自分が何を言っているのかよく分かっていないと結論付けた。パーソンズはスタレンがこの結論に達したことに気づき、その場で彼を雇った。スタレンは1946年4月1日に仕事を開始し、3人の新しいエンジニアを雇った。^[5]

ステュレンの兄弟はカーティス・ライト・プロペラ社で働いており、同社が工学計算にパンチカード計算機を使用していると話していた。ステュレンは、ローターの応力計算を実行するためにこのアイデアを採用することにした。これはヘリコプターのローターに関する最初の詳細な自動計算であった。 ^[5]ステュレンがパンチカードマシンで行っていた作業を見たパーソンズは、それらを使用して、与えられた 17 点ではなく 200 点のアウトラインを生成し、各点をミル切削工具の半径でオフセットできないかとステュレンに尋ねた。それらの各点で切断すれば、比較的正確なストリンガーの切り抜きが作成される。これにより、工具鋼を切断し、その後、金属ストリンガーを打ち抜くための滑らかなテンプレートに簡単にヤスリで削ることができる。^[5]

スタレンはそのようなプログラムの作成に何の問題もなく、それを使って機械の床に持ち込む大きな数字表を作成しました。ここでは、1 人のオペレーターがチャートから数字を他の 2 人のオペレーターに読み上げます。2 人のオペレーターはそれぞれ X 軸と Y 軸を担当します。各数字のペアごとに、オペレーターは切断ヘッドを指示された位置に移動し、次にツールを下げて切断を行います。^[5]これは「数字による方法」、またはより専門的には「プランジ切削位置決め」と呼ばれていました。^[6]これは、今日の 2.5 軸加工 (2 軸半加工) の労働集約的なプロトタイプでした。

その時点で、パーソンズは完全に自動化された工作機械を思いつきました。アウトライン上に十分なポイントがあれば、手作業できれいにする必要はありません。しかし、手作業では、部品をアウトラインに近づけることで節約できる時間は、コントロールを動かすのに必要な時間によって相殺されます。機械の入力がカード リーダーに直接接続されていれば、この遅延やそれに伴う手作業によるエラーはなくなり、ポイントの数を大幅に増やすことができます。そのような機械は、コマンドに応じて完全に正確なテンプレートを繰り返し打ち抜くことができます。しかし、当時パーソンズにはアイデアを開発するための資金がありませんでした。

パーソンズの営業マンの一人がライトフィールドを訪問していたとき、新設された米国空軍が新しいジェットエンジン設計で抱えている問題について話した。彼はパーソンズに何か助けになることはないかと尋ねた。パーソンズはロッキードに自動製材所のアイデアを見せたが、彼らは興味を示さなかった。彼らは金属テンプレートから切り出してストリンガーを製造するために 5 軸テンプレート複写機を使うことに決め、高価な切断機をすでに注文していた。しかしパーソンズは次のように述べた。

では、ちょっと状況を想像してみてください。ロッキード社は、これらの翼を作る機械の設計を請け負っていました。この機械には 5 軸のカッターの動きがあり、それぞれがテンプレートを使用してトレーサー制御されていました。誰も私のテンプレート作成方法を使用していなかったので、不正確なテンプレートで正確な翼型を作るチャンスがどれだけあったか想像してみてください。^[5]

パーソンズの心配はすぐに現実となり、ロッキード社は問題を解決できると主張したが、結局は空論に終わった。1949年、空軍はパーソンズが自力で機械を製作できるよう資金援助を手配した。^[5]スナイダー・マシン・アンド・ツール社との初期の仕事で、モーターから直接制御装置を動かすシステムでは、機械を完全に滑らかな切断に設定するのに必要な精度が得られないことが判明した。機械制御装置は直線的に反応しないため、与えられた力で単純に動かすことはできない。なぜなら、異なる力によって、同じ量の力で制御装置が常に同じ量の動きをするわけではないからである。点がいくつあっても、輪郭は依然として粗いままである。パーソンズは、ジャカード型制御装置と機械加工の融合を妨げていたのと同じ問題に直面した。

1952年、戦時中に測距儀の防衛研究を数多く行っていたアルマ社は、FWカニンガム博士が開発した初の商用数値制御旋盤を発表しました。アルマ社初の自動旋盤は1948年に製造され、1950年に発表されました。 ^{[7] [8] [9]}

これは解決不可能な問題ではなかったが、コントロールが実際にどれだけ回転したかを直接測定するセルシンのような何らかのフィードバックシステムが必要だった。そのようなシステムを構築するという困難な課題に直面したパーソンズは、1949年の春、機械計算およびフィードバックシステムの世界的リーダーであったMITのゴードン・S・ブラウンのサーボ機構研究所に協力を求めた。 ^[10]戦時中、研究所はボーイングB-29スーパーフォートレスの電動砲塔システムやSCR-584レーダーの自動追跡システムなど、数多くの複雑なモーター駆動装置を構築していた。それらは当然、パーソンズの自動化された「数字による」マシンのプロトタイプへの 技術移転に適していた。

MIT チームはウィリアム・ピーズが率い、ジェームズ・マクドノーが補佐した。彼らはすぐにパーソンズの設計を大幅に改良できるという結論に至った。機械が単にA 点と B 点を切断するのではなく、点の間を滑らかに移動すれば、完全に滑らかな切断ができるだけでなく、切断点の数もずっと少なくて済む。つまり、ラインを「シミュレート」するために多数の切断点を定義する必要がなく、ミルは直接ラインを切断できるのだ。パーソンズ、MIT、空軍の間で三者協定が結ばれ、プロジェクトは正式には 1949 年 7 月から 1950 年 6 月まで実行された。^[11]契約では、プロトタイプと生産システムの 2 台の「カード・ア・マティック・フライス盤」の構築が求められた。両方ともパーソンズに引き渡され、ミルの 1 台に取り付けられ、ストリンガーを切断するための納品可能なシステムを開発することになっていた。

その代わりに、1950年にMITはシンシナティ・フライス盤会社の余剰の「ハイドロテル」ミルを購入し、空軍と直接新しい契約を結び、パーソンズの開発を凍結した。^[5]パーソンズは後に「MITほど評判の良い会社がわざわざ私のプロジェクトを引き継ぐとは夢にも思わなかった」とコメントしている。^[5]開発がMITに引き継がれたにもかかわらず、パーソンズは1952年5月5日に「工作機械の位置決め用モーター制御装置」の特許を申請し、これがMITによる1952年8月14日の「数値制御サーボシステム」の申請のきっかけとなった。パーソンズは1958年1月14日に米国特許2,820,187 ^[12]を取得し、同社はベンディックスに独占的ライセンスを売却した。IBM、富士通、ゼネラル・エレクトリックはいずれも、すでに独自のデバイスの開発を開始した後、サブライセンスを取得した。

MIT は、さまざまなハンドホイール入力にギアを取り付け、機械の 3 つの軸 (X、Y、Z) ごとに 1 つずつ、モーターに接続されたローラー チェーンでそれらを駆動しました。関連するコントローラーは、冷蔵庫サイズのキャビネット 5 つで構成されており、合計すると、接続されている工場とほぼ同じ大きさでした。キャビネットのうち 3 つにはモーター コントローラーが収められており、各モーターに 1 つのコントローラーが、残りの 2 つにはデジタル読み取りシステムがありました。^[1]

パーソンズのオリジナルのパンチカード設計とは異なり、MITの設計では入力に標準の7トラックパンチテープが使用されました。トラックのうち3つはマシンのさまざまな軸を制御するために使用され、他の4つはさまざまな制御情報をエンコードしました。 ^{[1]テープは、軸ごとに2つずつ、合計6つの}リレーベースのハードウェアレジスタも収容したキャビネットで読み取られました。読み取り操作ごとに、以前に読み取られたポイントが「開始ポイント」レジスタにコピーされ、新しく読み取られたポイントが「終了ポイント」レジスタにコピーされました。^[1]テープは継続的に読み取られ、レジスタの番号は、制御トラックで穴が見つかるたびに増加し、4つの穴が一列に並んで「停止」命令に遭遇するまで増加しました。

最後のキャビネットにはクロックがあり、レジスタにパルスを送り、比較して、ポイント間を補間する出力パルスを生成しました。たとえば、ポイントが離れている場合、出力はクロック サイクルごとにパルスを持ちますが、ポイントが近い場合は複数のクロック サイクル後にのみパルスを生成します。パルスはモーター コントローラーの合計レジスタに送信され、受信するたびにパルスの数だけカウントアップされます。合計レジスタはデジタル - アナログ コンバータに接続されており、レジスタのカウントが増加するとモーターへの電力が増加し、コントロールの動きが速くなります。^[1]

レジスターはモーターとミル本体に取り付けられたエンコーダーによって減算され、回転角度 1 度ごとにカウントが 1 ずつ減少します。2 番目のポイントに到達すると、カウンターはゼロになり、クロックからのパルスが停止し、モーターの回転が停止します。コントロールが 1 度回転するごとに、カッティング ヘッドが 0.0005 インチ移動します。プログラマーは、ゆっくりとした動きの場合はポイントを近づけ、速くする場合はポイントを離すことで、カッティングの速度を制御できます。^[1]

このシステムは1952年9月に公開され、^[13]その月のScientific Americanに掲載されました。^[1] MITのシステムは、あらゆる技術的基準で傑出した成功であり、手作業では簡単には再現できないような非常に高い精度で複雑なカットを素早く行いました。しかし、このシステムは250本の真空管、175個のリレー、多数の可動部品など、非常に複雑で、生産環境での信頼性を低下させました。また、高価でもありました。空軍に提示された合計請求額は36万ドル14 (2005年のドル換算で2,641,727.63ドル) でした。^[14] 1952年から1956年にかけて、このシステムは、さまざまな航空会社の潜在的な経済的影響を調査するために、いくつかの単発設計のフライス加工に使用されました。^[15]

空軍の数値制御およびフライス盤プロジェクトは1953年に正式に終了したが、開発はギディングス・アンド・ルイス・マシン・ツール社やその他の場所で継続された。1955年にMITチームの多くがMITを離れ、ギディングスの支援を受けた民間のNC会社であるコンコード・コントロールズを設立し、ヌメリコード・コントローラーを製造した。^[15]ヌメリコードはMITの設計に似ていたが、パンチテープをゼネラル・エレクトリックが開発していた磁気テープ・リーダーに置き換えた。テープにはさまざまな位相の信号が多数含まれており、さまざまなコントロールの角度を直接エンコードした。テープはコントローラー内で一定速度で再生され、セルシンの半分がエンコードされた角度に設定され、リモート側はマシンのコントロールに接続された。設計は依然として紙テープにエンコードされていたが、テープはリーダー/ライターに転送され、磁気形式に変換された。磁気テープはフロアにあるどのマシンでも使用できるようになり、コントローラーの複雑さは大幅に軽減された。航空機スキンニングプレス用の高精度の金型を製造するために開発されたNumericord「NC5」は、1955年にウィスコンシン州フォンデュラックのG&Lの工場で稼働を開始しました。 ^[16]

モナーク・マシン・ツールも1952年から数値制御旋盤の開発に着手した。同社は1955年のシカゴ工作機械ショー（今日のIMTSの前身）で自社の機械を、完成品または試作品のパンチカードまたは紙テープマシンを展示した他の多くのベンダーとともに展示した。これらには、現代の機械では一般的な機能 である数値制御で切削工具を変更できるカーニー・アンド・トレッカーのミルウォーキー・マティックIIが含まれていた^{[16] 。}

ボーイング社の報告書では、「数値制御はコスト削減、リードタイム短縮、品質向上、工具削減、生産性向上に効果があることが証明されている」と述べられている。^[16]これらの開発と少数のユーザーからの熱烈な評価にもかかわらず、NCの採用は比較的遅かった。パーソンズは後に次のように述べている。

NCの概念は製造業者にとって非常に奇妙であり、普及が遅かったため、最終的には米軍自身が120台のNCマシンを製造し、さまざまな製造業者にリースして普及させなければなりませんでした。^[5]

1958 年、MIT は NC の経済性に関する報告書を発表した。報告書は、このツールは人間のオペレーターと競合できるが、単に機械加工からテープ作成までの時間を移動しただけであると結論付けた。『生産力』の中で、ノーブル^[17]は、空軍に関してはこれがすべてであり、高度に組合化された工場の現場から組合化されていないホワイトカラーの設計事務所にプロセスを移すことだったと主張している。1950 年代初頭の文化的背景、すなわち爆撃機不足と国内の転覆に対する広範な恐怖を伴う第二次赤狩りは、この解釈に光を当てている。西側諸国が防衛生産競争で共産主義者に負けるのではないかと強く恐れられ、労働組合の力は「弱くなりすぎる」(生産量の減少、単位費用の増加) か、労働組合内での共産主義者への共感と転覆 (労働者階級のエンパワーメントという共通のテーマから生じる) によって敗北への道であると考えられていた。

NC の最初の試みが明らかにした経済的な非効率性は別としても、テープ作成に必要な時間と労力によって製造エラーが発生する可能性もありました。これが、1958 年に進行中だった空軍の契約の動機となり、自動プログラム ツール プロジェクトや、その後のプロジェクトとなったDouglas (Doug) T. Rossのレポート「Computer-Aided Design: A Statement of Objectives 1960」などが生まれました。

実験部品のコマンドの多くは、入力として使用されるパンチテープを作成するために「手作業」でプログラムされました。MIT のリアルタイム コンピュータWhirlwindの開発中、John Runyon は、コンピュータ制御でこれらのテープを作成するためのサブルーチンをいくつかコーディングしました。ユーザーはポイントと速度のリストを入力すると、プログラムが必要なポイントを計算し、パンチテープを自動的に生成します。ある例では、このプロセスにより、命令リストの作成と部品のフライス加工に必要な時間が 8 時間から 15 分に短縮されました。このことがきっかけで、空軍に数値制御用の汎用「プログラミング」言語を作成する提案がなされ、1956 年 6 月に承認されました。^[15] Doug Ross はプロジェクトのリーダーとなり、MIT で新たに設立された別の研究部門の責任者になりました。彼は、汎用マシンを「プログラム」して多くの役割を果たすことができるというビジョンに「アプリケーション」という言葉が合っていると考え、このユニットをコンピュータ アプリケーション グループと名付けました。^[18]

9月から、ロスとポープルは点と線に基づいた機械制御用の言語の概要を示し、これを数年かけてAPTプログラミング言語に発展させた。^[19] 1957年に航空機工業会（AIA）とライト・パターソン空軍基地の航空資材司令部はMITと協力し、この作業を標準化し、完全にコンピュータ制御されたNCシステムを生み出した。1959年2月25日、この合同チームは記者会見を開き、プレスキットで配布された3D機械加工されたアルミニウム製灰皿を含む結果を発表した。^{[15] [20] [21]} 1959年に彼らはまた、1957年以来ボーイングで60フィートの工場でAPTを使用していることを説明した。

一方、パトリック・ハンラティは、G&Lとの提携の一環として、GEで同様の開発を行っていた。彼の言語であるPRONTOは、1958年にリリースされ、APTに先駆けて商用化された。^{[22]その後、ハンラティは小切手処理に使用される}MICR磁気インク文字を開発し、その後ゼネラルモーターズに移って画期的なDAC-1 CADシステムに取り組んだ。

APT はすぐに拡張され、2D-APT-II に「実際の」曲線が含まれるようになりました。パブリックドメインにリリースされたことで、MIT は NC への重点を減らし、CAD 実験に移行しました。APT の開発はサンディエゴの AIA で取り上げられ、1962 年にはイリノイ工科大学研究所で取り上げられました。APT を国際標準にするための作業は 1963 年に USASI X3.4.7 の下で開始されましたが、NC マシンの製造元はそれぞれ独自の 1 回限りの追加機能 (PRONTO など) を自由に追加できたため、標準化は 1968 年まで完了しませんでした。その時点では、基本システムに 25 個のオプション アドインがありました。^[15]

1960 年代初頭に APT がリリースされたのとちょうど同じ頃、製造現場ではるかに大量の情報を処理できる、低コストのトランジスタ コンピュータの第 2 世代が市場に登場しました。これにより NC マシンのプログラミング コストが削減され、1960 年代半ばまでに、大手航空会社では APT の実行時間がコンピュータ使用時間の 3 分の 1 を占めるようになりました。

サーボ機構研究所が最初の製図機を開発していた1953年、MITの機械工学部は学部生に製図のコースを履修させるという要件を廃止した。これらのプログラムを以前教えていた講師は設計部門に統合され、そこでコンピュータによる設計についての非公式な議論が始まった。一方、電子システム研究所（サーボ機構研究所と改名）では、将来的に設計が紙の図面から始まるかどうかについて議論していた。^[23]

1959 年 1 月、電子システム研究所と機械工学部の設計部門の担当者が参加する非公式の会議が開催されました。4 月と 5 月に正式な会議が続き、「コンピュータ支援設計プロジェクト」が発足しました。^[24] 1959 年 12 月、空軍はプロジェクトの資金として ESL に 1 年間の契約を交わし、223,000 ドルを支払いました。この契約には、1 時間あたり 200 ドルで 104 時間のコンピュータ使用に充てられる 20,800 ドルが含まれていました。^[25]これは、彼らが考えていた野心的なプログラムには少なすぎることが判明しました。 ^[25] 1959 年当時、これは多額の金額でした。当時、新卒のエンジニアはおそらく月に 500 ドルから 600 ドルを稼いでいました。空軍の取り組みを強化するために、ロスは APT 開発モデルの成功を再現しました。最終的に 5 年間実行された AED 共同プログラムには、企業から貸し出された、経験豊富な設計人材である社外の企業スタッフが参加しました。 MIT に半年から 14 か月、18 か月ほど転勤する人もいました。ロスは後に、AED の開発作業、システム研究、コンパイラーのサポートにかかった費用を約 600 万ドルと見積もっています。AED はマシンに依存しないソフトウェア エンジニアリングの仕事であり、研究用コンピューター サイエンティストによるアルゴリズムの公開標準である ALGOL 60 の拡張版でした。開発は IBM 709 と TX-0 で並行して開始され、後にさまざまなサイトでプロジェクトを実行できるようになりました。エンジニアリング計算およびシステム開発システムである AED は、1965 年 3 月にパブリック ドメインにリリースされました。

1959年、ゼネラルモーターズは、GMのさまざまな設計部門で作成されていた多くの設計スケッチをデジタル化し、保存し、印刷する実験的なプロジェクトを開始しました。基本コンセプトが機能することが実証されると、同社はIBMと協力してDAC-1（コンピューターによる設計拡張）プロジェクトを開始し、生産バージョンを開発しました。DACプロジェクトの一部は、紙の図面を3Dモデルに直接変換し、それをAPTコマンドに変換してフライス盤でカットすることでした。1963年11月、トランクの蓋のデザインが、2Dの紙のスケッチから3Dの粘土プロトタイプに初めて移行しました。^[26]最初のスケッチを除いて、設計から生産へのループは閉じられていました。

一方、MIT のオフサイトリンカーン研究所では、トランジスタ化された新しい設計をテストするためのコンピュータを構築していました。最終的な目標は、基本的にTX-2と呼ばれるトランジスタ化された Whirlwind でしたが、さまざまな回路設計をテストするために、まずTX-0と呼ばれる小型バージョンが構築されました。TX-2 の構築が開始されると、TX-0 の時間が解放され、インタラクティブな入力や、マシンのCRTディスプレイをグラフィックスに使用するなどの実験が数多く行われました。これらのコンセプトをさらに発展させた結果、 Ivan SutherlandによるTX-2 の 画期的なSketchpadプログラムが誕生しました。

サザーランドはスケッチパッドでの仕事の後、ユタ大学に移りましたが、この仕事は他の MIT 卒業生に刺激を与え、最初の真の CAD システムの開発に取り組みました。それが、コントロール データ社に販売され、「デジグラフィックス」として知られる電子製図機(EDM) でした。ロッキード社はこれをC-5 ギャラクシーの生産部品の製造に使用し、エンドツーエンドの CAD/CNC 生産システムの最初の例となりました。

1970 年までに、 Intergraph、Applicon、Computervision、Auto-trol Technology、UGS Corp.などの多種多様な CAD 企業や、CDC や IBM などの大手ベンダーが存在しました。

1960 年代には、便利なミニコンピュータが広く導入され、コンピュータ サイクルの価格が大幅に下がりました。最終的には、専用のサーボ システムを使用するよりも、コンピュータ プログラムでモーターの制御とフィードバックを処理する方が安価になりました。小型コンピュータは 1 台のミル専用となり、プロセス全体が小さなボックスに収められました。これらの役割では、 PDP-8やData General Novaコンピュータが一般的でした。1970 年代にマイクロプロセッサが導入されたことで、実装コストがさらに削減され、今日ではほぼすべての CNC マシンが何らかの形のマイクロプロセッサを使用してすべての操作を処理しています。

低コストの CNC マシンの導入により、製造業界は劇的に変化しました。曲線は直線と同じくらい簡単に切断でき、複雑な 3D 構造は比較的簡単に作成でき、人間の操作を必要とする機械加工ステップの数は大幅に削減されました。CNC 加工による製造プロセスの自動化が進むにつれて、オペレーターに負担をかけることなく、一貫性と品質が大幅に向上しました。CNC 自動化により、エラーの頻度が減り、CNC オペレーターは追加のタスクを実行する時間を確保できました。CNC 自動化により、製造プロセスでの部品の保持方法や、異なるコンポーネントを製造するためにマシンを変更するのに必要な時間も、より柔軟になります。さらに、CNC オペレーターの需要が高まるにつれて、自動化は労働よりも現実的な選択肢になります。^[要出典]

1970年代初頭、西側諸国の経済は低成長と雇用コストの上昇に悩まされ、NCマシンの魅力が高まり始めた。米国の大手ベンダーは、低コストのNCシステムに適したマシンの需要に応えるのが遅く、その隙間にドイツ企業が参入した。1979年、ドイツ製マシン（例：シーメンス ・シヌメリック）の売上が初めて米国製マシンを上回った。このサイクルはすぐに繰り返され、1980年までに日本が主導権を握り、米国の売上はずっと落ち続けた。1971年には米国企業のみで構成されるトップ10チャートで売上高1位に君臨していたシンシナティ・ミラクロンは、1987年には日本企業が圧倒的に多いチャートで8位にまで落ち込んだ。^[27]

多くの研究者は、米国がハイエンドの用途に注力したために、1970年代初頭の景気低迷で低コストのNCシステムの需要が大幅に増加したときに、競争力がなくなったと述べている。利益率の高い航空宇宙市場に焦点を当てた米国企業とは異なり、ドイツと日本のメーカーは最初から利益率の低いセグメントをターゲットにしていたため、低コスト市場にはるかに容易に参入することができた。さらに、日本の大手企業は、必要な機械を生産するために独自の子会社を設立したり、機械部門を強化したりした。これは国家的な取り組みと見なされ、日本の通商産業省（MITI）によって大きく奨励された。開発の初期には、MITIは技術ノウハウの移転に重点的なリソースを提供した。^{[27] [28]}米国の国家的な取り組みは、防衛部門が維持してきた歴史的観点から、統合製造に焦点を当てていた。これは、いわゆる工作機械危機が認識された1980年代後半に、国内の工具メーカーへのノウハウの移転を拡大しようとするいくつかのプログラムに発展した。一例として、空軍は 1989 年に次世代コントローラー プログラムを後援しました。このプロセスは、DARPA インキュベーターと無数の研究助成金を通じて 1990 年代から現在まで継続されています。

コンピューティングとネットワークが進化するにつれ、直接数値制御(DNC) も進化しました。ネットワーク化されていない NC や CNC の変種と DNC が長期にわたって共存しているのは、個々の企業が利益の出るものに固執する傾向があり、代替案を試す時間と資金が限られているためです。これが、最先端の技術が進歩しても、工作機械モデルとテープ ストレージ メディアが旧式のまま存続する理由です。

近年の^{[いつ? ]}小規模 CNC の開発は、主に、米国商務省の機関である国立標準技術研究所(NIST)が 1989 年に開始したEnhanced Machine Controllerプロジェクトによって可能になりました。EMC [LinuxCNC] は、 Linuxオペレーティング システムで動作し、PC ベースのハードウェアで動作するパブリック ドメイン プログラムです。NIST プロジェクトが終了した後も開発が続けられ、GNU General Public Licenseおよび GNU Lesser General Public License (GPL および LGPL) の下でライセンスされるLinuxCNC ^[29]が誕生しました。オリジナルの EMC ソフトウェアの派生製品として、TurboCNC や Mach3 などのいくつかの独自の低コスト PC ベース プログラムや、独自のハードウェアに基づく組み込みシステムも開発されました。これらの PC ベースの制御プログラムが利用できるようになったことで DIY CNC が開発され、愛好家がオープン ソースのハードウェア設計を使用して独自の^{[30] [31]} CNC を構築できるようになりました。同じ基本アーキテクチャにより、Sherline や Taig などのメーカーは、愛好家向けのターンキー軽量デスクトップフライス盤を製造できるようになりました。

アート・フェネティが書いたMach3のPCベースのソフトウェアとサポート情報は簡単に入手できるため、時間と専門知識があれば誰でも家庭用や試作品用の複雑な部品を作ることができます。フェネティはWindowsベースのPC CNC加工の創始者と考えられています。^[32]

最終的に、自作アーキテクチャは完全に商品化され、商業および産業用途に適した大型機械の作成に使用されました。このクラスの機器は、パーソナル CNC と呼ばれています。パーソナル コンピュータの進化と並行して、パーソナル CNC は EMC および PC ベースの制御にルーツを持っていますが、多くの場合、従来の大型機器を置き換えることができるレベルにまで進化しました。パーソナル コンピュータと同様に、パーソナル CNC は、サイズ、機能、および元の販売価格が個人にとって便利な機器であり、多くの場合、CNC 技術の専門的なトレーニングを受けていないエンド ユーザーが直接操作することを意図しています。

工作機械の耐用年数は長いため、現在の CNC 設備ではテープ リーダーがまだ使用されている場合があります。CNC プログラムを工作機械に転送する他の方法として、ディスケットやポータブル コンピュータの直接接続も使用されています。パンチマイラーテープの方が耐久性があります。フロッピー ディスク、USB フラッシュ ドライブ、およびローカル エリア ネットワークが、特に高度に統合された大規模な環境では、ある程度テープに取って代わっています。

CNC の普及により、ライセンスや特定の設計コンセプトに縛られない新しい CNC 標準 (APT の独自拡張機能など) が必要になりました。^[19]一時期、さまざまな「標準」が急増しましたが、その多くはプロッタでサポートされているベクター グラフィック マークアップ言語に基づいています。そのような標準の 1 つがそれ以来非常に一般的になっています。「G コード」は、もともとGerber Scientificプロッタで使用され、その後 CNC 用に適応されました。ファイル形式は非常に広く使用されるようになったため、EIA標準に組み込まれました。一方、G コードは今日の CNC マシンで使用される主要な言語ですが、既存のプロッタ標準から発展したものではなく、意図的に CNC 用に設計されたシステムであるSTEP-NCに取って代わる動きがあります。 ^[33]

Gコードは最も一般的なプログラミング方法ですが、一部の工作機械/制御装置メーカーは、単純な部品のプログラミングを容易にし、機械のセットアップや変更を容易にするために、独自の「会話型」プログラミング方法を発明しました（マザックのMazatrol、オークマのIGF、Hurcoなど）。これらはさまざまな成功を収めています。^[34]

CNC インタープリタの最近の^{進歩は、パラメトリック プログラミング(}マクロ プログラミングとも呼ばれる) と呼ばれる論理コマンドのサポートです。パラメトリック プログラムには、デバイス コマンドとBASICに似た制御言語の両方が含まれます。プログラマーは、if/then/else ステートメント、ループ、サブプログラム呼び出し、さまざまな演算の実行、変数の操作を行って、1 つのプログラム内で大きな自由度を作成できます。さまざまなサイズの製品ライン全体をロジックと簡単な数学を使用してプログラムし、さまざまな部品全体を作成およびスケーリングしたり、顧客の要求に応じて任意のサイズにスケーリングできる在庫部品を作成したりできます。

2006 年頃から^[要出典] 、情報技術の世界の他のいくつかのトレンドをCNC やDNCに統合するアイデアが提案され、追求されてきましたが、それらは CNC や DNC にはまだあまり影響を与えていません。これらのトレンドの 1 つは、データ収集の拡大 (センサーの増加)、データ交換の拡大と自動化(新しいオープンな業界標準XML スキーマの構築による)、およびデータ マイニングの組み合わせにより、製造業における新しいレベルのビジネス インテリジェンスとワークフロー自動化が実現することです。これらのトレンドのもう 1 つは、前述のオープン データ標準とともに広く公開されているAPIの出現であり、オープンかつ商用のユーザー生成アプリとマッシュアップのエコシステムを促進します。つまり、Web 開発やスマートフォン アプリ開発で始まったアプリ マーケットプレイスの新しい IT 文化を、CNC、DNC、および CNC/DNC とネットワーク化されたその他のファクトリー オートメーション システムに広めるということです。MTConnectは、これらのアイデアを成功裏に実装するための先駆的な取り組みです。^{[いつ? ] [要出典]}

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