El fresado es el proceso de mecanizado utilizando cortadores rotativos para eliminar material [1] haciendo avanzar un cortador hacia una pieza de trabajo . Esto se puede hacer variando las direcciones [2] en uno o varios ejes, la velocidad del cabezal de corte y la presión. [3] El fresado cubre una amplia variedad de operaciones y máquinas diferentes, en escalas que van desde pequeñas piezas individuales hasta operaciones de fresado en grupo de gran tamaño y servicio pesado. Es uno de los procesos más utilizados para mecanizar piezas personalizadas con tolerancias precisas.
El fresado se puede realizar con una amplia gama de máquinas herramienta . La clase original de máquinas herramienta para fresar fue la fresadora (a menudo llamada molino). Después de la llegada del control numérico por computadora (CNC) en la década de 1960, las fresadoras evolucionaron hasta convertirse en centros de mecanizado : fresadoras aumentadas por cambiadores automáticos de herramientas, almacenes o carruseles de herramientas, capacidad CNC, sistemas de refrigeración y recintos. Los centros de fresado generalmente se clasifican en centros de mecanizado verticales (VMC) o centros de mecanizado horizontales (HMC).
La integración del fresado en entornos de torneado , y viceversa, comenzó con herramientas activas para tornos y el uso ocasional de fresas para operaciones de torneado. Esto condujo a una nueva clase de máquinas herramienta, las máquinas multitarea (MTM), diseñadas específicamente para facilitar el fresado y el torneado dentro del mismo entorno de trabajo.
El fresado es un proceso de corte que utiliza una fresa para eliminar material de la superficie de una pieza de trabajo. La fresa es una herramienta de corte giratoria , a menudo con múltiples puntos de corte. A diferencia de la perforación , donde la herramienta avanza a lo largo de su eje de rotación, en el fresado la fresa generalmente se mueve perpendicular a su eje para que el corte se produzca en la circunferencia de la fresa. A medida que la fresa ingresa a la pieza de trabajo, los bordes cortantes (canales o dientes) de la herramienta cortan y salen repetidamente del material, cortando virutas (virutas) de la pieza de trabajo con cada pasada. La acción de corte es la deformación por corte; El material se desprende de la pieza de trabajo en pequeños grupos que cuelgan en mayor o menor medida (dependiendo del material) para formar virutas. Esto hace que cortar metal sea algo diferente (en su mecánica ) de cortar materiales más blandos con una cuchilla .
El proceso de fresado elimina material realizando muchos cortes pequeños y separados. Esto se logra usando una cortadora con muchos dientes, haciendo girar la cortadora a alta velocidad o haciendo avanzar el material a través de la cortadora lentamente; la mayoría de las veces se trata de una combinación de estos tres enfoques. [2] Las velocidades y avances utilizados varían para adaptarse a una combinación de variables. La velocidad a la que avanza la pieza a través de la cortadora se llama velocidad de avance , o simplemente avance ; con mayor frecuencia se mide como distancia por tiempo (pulgadas por minuto [in/min o ipm] o milímetros por minuto [mm/min]), aunque a veces también se utiliza la distancia por revolución o por diente de corte.
Hay dos clases principales de procesos de molienda:
En el proceso de fresado se utilizan muchos tipos diferentes de herramientas de corte. Las fresas, como las fresas de mango , pueden tener superficies de corte en toda su superficie final, de modo que puedan perforarse en la pieza de trabajo (hundir). Las fresas también pueden tener superficies de corte extendidas en sus lados para permitir el fresado periférico. Las herramientas optimizadas para planeado tienden a tener solo cortadores pequeños en las esquinas finales.
Las superficies de corte de una fresa generalmente están hechas de un material duro y resistente a la temperatura, por lo que se desgastan lentamente. Una cortadora de bajo costo puede tener superficies hechas de acero de alta velocidad . Los materiales más caros pero de desgaste más lento incluyen el carburo cementado . Se pueden aplicar recubrimientos de película delgada para disminuir la fricción o aumentar aún más la dureza.
Existen herramientas de corte que se utilizan habitualmente en fresadoras o centros de mecanizado para realizar operaciones de fresado (y ocasionalmente en otras máquinas herramienta). Eliminan material mediante su movimiento dentro de la máquina (por ejemplo, un molino de punta esférica) o directamente de la forma de la fresa (por ejemplo, una herramienta de forma como una fresa por tallado).
A medida que el material pasa por el área de corte de una fresadora, las cuchillas de la cortadora toman virutas de material a intervalos regulares. Por lo tanto, las superficies cortadas por el lateral de la fresa (como en el fresado periférico) siempre contienen crestas regulares. La distancia entre las crestas y la altura de las crestas dependen de la velocidad de avance, el número de superficies de corte y el diámetro de la fresa. [4] Con una cortadora estrecha y una velocidad de avance rápida, estas crestas de revolución pueden representar variaciones significativas en el acabado de la superficie .
En principio, el proceso de planeado permite obtener superficies muy planas. Sin embargo, en la práctica el resultado siempre muestra marcas trocoidales visibles siguiendo el movimiento de los puntos en la cara frontal de la fresa. Estas marcas de revolución dan el acabado característico de una superficie fresada. Las marcas de revolución pueden tener una rugosidad significativa dependiendo de factores como la planitud de la cara del extremo del cortador y el grado de perpendicularidad entre el eje de rotación del cortador y la dirección de avance. A menudo se utiliza una pasada final con una velocidad de avance lenta para mejorar el acabado de la superficie después de que se ha eliminado la mayor parte del material. En una operación de planeado precisa, las marcas de revolución serán solo rayones microscópicos debido a imperfecciones en el filo.
El fresado en grupo se refiere al uso de dos o más fresas montadas en el mismo eje (es decir, agrupadas) en una configuración de fresado horizontal. Todos los cortadores pueden realizar el mismo tipo de operación, o cada cortador puede realizar un tipo de operación diferente. Por ejemplo, si varias piezas de trabajo necesitan una ranura, una superficie plana y una ranura angular , un buen método para cortarlas (dentro de un contexto que no sea CNC ) sería el fresado en grupo. Todas las piezas terminadas serían iguales y se minimizaría el tiempo de fresado por pieza. [5]
El fresado en grupo era especialmente importante antes de la era CNC , porque para la producción de piezas duplicadas, suponía una mejora sustancial de la eficiencia con respecto al fresado manual de una característica en una operación y luego cambiar de máquina (o cambiar la configuración de la misma máquina) para cortar la siguiente operación. Hoy en día, las fresadoras CNC con cambio automático de herramienta y control de 4 o 5 ejes eliminan en gran medida la práctica del fresado en grupo.
El fresado se realiza con una fresa de diversas formas, sujeta en una pinza o similar que, a su vez, se sujeta en el husillo de una fresadora.
La orientación del molino es la clasificación principal de las fresadoras. Las dos configuraciones básicas son vertical y horizontal, en referencia a la orientación del eje giratorio sobre el que está montada la cortadora. Sin embargo, existen clasificaciones alternativas según el método de control, tamaño, propósito y fuente de energía.
En la fresadora vertical el eje del husillo está orientado verticalmente. Las fresas se sujetan en el husillo y giran sobre su eje. Por lo general, el husillo se puede bajar (o se puede elevar la mesa, lo que produce el mismo efecto relativo de acercar o profundizar el cortador en el trabajo), lo que permite realizar cortes de inmersión y perforaciones. La profundidad a la que las hojas cortan el trabajo se puede controlar con una tuerca de ajuste micrométrica . Hay dos subcategorías de molinos verticales: el molino de bancada y el molino de torreta.
Algunos generalmente consideran que los molinos de torreta son los más versátiles de los dos diseños.
También existe un tercer tipo, una máquina más ligera y versátil, llamada fresa-taladro. El molino-taladro es un pariente cercano del molino vertical y bastante popular en la industria ligera; y con aficionados. Un taladro-fresa es similar en configuración básica a un taladro de columna muy pesado, pero está equipado con una mesa XY y una columna mucho más grande. También suelen utilizar motores más potentes que los de un taladro de tamaño similar; la mayoría son accionados por correa de varias velocidades y algunos modelos tienen un cabezal con engranajes o control electrónico de velocidad. Por lo general, tienen cojinetes de husillo bastante resistentes para hacer frente a la carga lateral en el husillo que se crea durante una operación de fresado. Un taladro de molino también suele subir y bajar todo el cabezal, incluido el motor, a menudo en una columna vertical encajada (a veces redonda con piñón y cremallera). Un taladro de fresado también tiene una pluma grande que generalmente se bloquea durante las operaciones de fresado y se libera para facilitar las funciones de perforación. Otras diferencias que separan una fresadora de una taladradora pueden ser un ajuste fino para el eje Z, un tope de profundidad más preciso, la capacidad de bloquear los ejes X, Y o Z y, a menudo, un sistema de inclinación del cabezal. o toda la columna vertical y el conjunto del cabezal motorizado para permitir el corte y la perforación en ángulo. Aparte del tamaño, la principal diferencia entre estas máquinas más livianas y los molinos verticales más grandes es que la mesa XY está a una elevación fija; el eje Z se controla moviendo la cabeza o la pluma hacia la mesa X,Y. Un taladro de fresado suele tener un ajuste cónico interno en la caña para alojar un portabrocas, fresas frontales o un portabrocas Jacobs similar al molino vertical.
Un molino horizontal tiene el mismo corte, pero los cortadores están montados en un eje horizontal, o eje, montado a través de la mesa. Muchas fresadoras horizontales también cuentan con una mesa giratoria incorporada que permite fresar en varios ángulos; esta característica se llama tabla universal . Si bien las fresas y otros tipos de herramientas disponibles para una fresa vertical se pueden usar en una fresa horizontal, su verdadera ventaja reside en las fresas montadas en eje, llamadas fresas laterales y de planear, que tienen una sección transversal similar a una sierra circular, pero son generalmente más ancho y de menor diámetro. Debido a que las fresas tienen un buen soporte del eje y tienen un área de sección transversal mayor que una fresa de extremo, se pueden realizar cortes bastante pesados, lo que permite velocidades rápidas de eliminación de material. Se utilizan para fresar ranuras y ranuras. Los molinos planos se utilizan para dar forma a superficies planas. Se pueden agrupar varios cortadores en el eje para fresar una forma compleja de ranuras y planos. Los cortadores especiales también pueden cortar ranuras, biseles, radios o incluso cualquier sección deseada. Estos cortadores especiales tienden a ser costosos. Los molinos simplex tienen un husillo y los molinos dúplex tienen dos. También es más fácil cortar engranajes en un molino horizontal. Algunas fresadoras horizontales están equipadas con una toma de fuerza en la mesa. Esto permite sincronizar el avance de la mesa con un dispositivo giratorio, lo que permite fresar características en espiral como engranajes hipoides .
Una fresadora universal es aquella que tiene la posibilidad de tener un husillo horizontal o vertical. Este último a veces se encuentra en una torreta de dos ejes que permite que el husillo apunte en cualquier dirección según se desee. Las dos opciones pueden ser accionadas independientemente o desde un motor mediante engranajes. En cualquier caso, como el trabajo generalmente se coloca en el mismo lugar para cualquier tipo de operación, el mecanismo del método que no se utiliza se aparta. En las máquinas más pequeñas, los "repuestos" se pueden retirar, mientras que las máquinas más grandes ofrecen un sistema para retraer las piezas que no se utilizan.
La elección entre la orientación del husillo vertical y horizontal en el diseño de una fresadora generalmente depende de la forma y el tamaño de una pieza de trabajo y del número de lados de la pieza que requieren mecanizado. El trabajo en el que el movimiento axial del husillo es normal a un plano, con una fresa como cortador, se presta a un molino vertical, donde el operador puede pararse frente a la máquina y tener fácil acceso a la acción de corte mirando hacia abajo. Por lo tanto, los molinos verticales son los más preferidos para trabajos de troquelado (mecanizar un molde para convertirlo en un bloque de metal). [6] Las piezas de trabajo más pesadas y largas se prestan para colocarlas sobre la mesa de un molino horizontal.
Antes del control numérico , las fresadoras horizontales evolucionaron primero, porque evolucionaron colocando mesas de fresado debajo de cabezales tipo torno. Los molinos verticales aparecieron en las décadas siguientes y se han utilizado comúnmente accesorios en forma de cabezales adicionales para cambiar los molinos horizontales por molinos verticales (y más tarde viceversa). Incluso en la era del CNC , una pieza de trabajo pesada que necesita mecanizado en múltiples lados se presta a un centro de mecanizado horizontal, mientras que el troquelado se presta a uno vertical.
Además de horizontal versus vertical, también son importantes otras distinciones:
Los maquinistas suelen llamar molino a una fresadora . El término arcaico molinero se utilizó comúnmente en el siglo XIX y principios del XX. [7]
Desde la década de 1960 se ha desarrollado una superposición de uso entre los términos fresadora y centro de mecanizado . Los centros de mecanizado NC/ CNC evolucionaron a partir de las fresadoras, por lo que la terminología evolucionó gradualmente con una superposición considerable que aún persiste. La distinción, cuando se hace, es que un centro de mecanizado es un molino con características que las fresadoras anteriores al CNC nunca tuvieron, especialmente un cambiador automático de herramientas (ATC) que incluye un almacén de herramientas (carrusel) y, a veces, un cambiador automático de paletas ( APC). En el uso típico, todos los centros de mecanizado son fresadoras, pero no todas las fresadoras son centros de mecanizado; Sólo las fresadoras con ATC son centros de mecanizado.
La mayoría de las fresadoras CNC (también llamadas centros de mecanizado ) son fresadoras verticales controladas por computadora con la capacidad de mover el husillo verticalmente a lo largo del eje Z. Este grado adicional de libertad permite su uso en troquelado, aplicaciones de grabado y superficies 2,5D como esculturas en relieve . Cuando se combina con el uso de herramientas cónicas o un cortador de punta esférica , también mejora significativamente la precisión del fresado sin afectar la velocidad, proporcionando una alternativa rentable a la mayoría de los trabajos de grabado manual en superficies planas .
Las máquinas CNC pueden existir en prácticamente cualquiera de las formas de maquinaria manual, como los molinos horizontales. Las fresadoras CNC más avanzadas , las máquinas multieje , añaden dos ejes más a los tres ejes normales (XYZ). Las fresadoras horizontales también tienen un eje C o Q, lo que permite girar la pieza montada horizontalmente, permitiendo esencialmente un giro asimétrico y excéntrico . El quinto eje (eje B) controla la inclinación de la propia herramienta. Cuando todos estos ejes se utilizan juntos, se pueden crear con relativa facilidad geometrías extremadamente complicadas, incluso geometrías orgánicas como la de una cabeza humana. Pero la habilidad para programar tales geometrías está más allá de la de la mayoría de los operadores. Por tanto, las fresadoras de 5 ejes prácticamente siempre se programan con CAM .
El sistema operativo de estas máquinas es un sistema de circuito cerrado y funciona mediante retroalimentación. Estas máquinas han evolucionado a partir de las máquinas básicas NC (CONTROL NUMÉRICO). Una forma computarizada de máquinas NC se conoce como máquinas CNC. Se utiliza un conjunto de instrucciones (llamado programa) para guiar la máquina en las operaciones deseadas. Hay más de 100 códigos G y códigos M diferentes. [8] Algunos códigos muy utilizados, que se utilizan en el programa son:
G00 – avance rápidoG01 – interpolación lineal de herramientaG02 - arco circular en el sentido de las agujas del reloj (cw)G03 - arco circular en sentido antihorario (ccw)G20 - dimensiones en pulgadasG21 – dimensiones en mmG28 - volver al punto de referenciaG40 - Cancelación de compensación de herramientaG41 - Compensación de herramienta izquierdaG42 - Derecho de compensación de herramientaG43 - Compensación de longitud de herramientaG54 - Seleccionar sistema de coordenadas #1M03 – inicio del husillo (en el sentido de las agujas del reloj)M04 – inicio del husillo (en sentido antihorario)M05 - parada del husilloM06 - cambio de herramientaM08 - refrigerante encendidoM09 - refrigerante apagadoM30 – fin del programa
También se utilizan varios otros códigos. Una máquina CNC es operada por un único operador llamado programador. Esta máquina es capaz de realizar diversas operaciones de forma automática y económica.
Con la caída del precio de las computadoras y el software CNC de código abierto , el precio de entrada de las máquinas CNC se ha desplomado.
Los accesorios y herramientas de corte utilizados en las máquinas herramienta (incluidas las fresadoras) se denominan en conjunto mediante el sustantivo masivo "herramientas". Existe un alto grado de estandarización del utillaje utilizado con las fresadoras CNC, y en menor grado con las fresadoras manuales. Para facilitar la organización de las herramientas en la producción CNC, muchas empresas utilizan una solución de gestión de herramientas .
Las fresas para aplicaciones específicas se ofrecen en varias configuraciones de herramientas.
Las fresadoras CNC casi siempre utilizan herramientas SK (o ISO), CAT, BT o HSK. Las herramientas SK son las más comunes en Europa, mientras que las herramientas CAT, a veces llamadas herramientas con brida en V, son el tipo más antiguo y probablemente el más común en los EE. UU. Las herramientas CAT fueron inventadas por Caterpillar Inc. de Peoria, Illinois , para estandarizar las herramientas utilizadas en su maquinaria. Las herramientas CAT vienen en una variedad de tamaños designados como CAT-30, CAT-40, CAT-50, etc. El número se refiere al tamaño de cono de la herramienta de la Asociación de Tecnología de Fabricación (anteriormente Asociación Nacional de Constructores de Máquinas Herramienta (NMTB)). .
Una mejora de las herramientas CAT son las herramientas BT, que tienen un aspecto similar y pueden confundirse fácilmente con las herramientas CAT. Al igual que CAT Tooling, BT Tooling viene en una variedad de tamaños y utiliza el mismo cono de cuerpo NMTB. Sin embargo, las herramientas BT son simétricas con respecto al eje del husillo , a diferencia de las herramientas CAT. Esto proporciona a las herramientas BT mayor estabilidad y equilibrio a altas velocidades. Otra diferencia sutil entre estos dos portaherramientas es la rosca utilizada para sujetar el perno de tracción. Las herramientas CAT son todas de rosca imperial y las herramientas BT son todas de rosca métrica. Tenga en cuenta que esto afecta únicamente al perno de tracción; no afecta la herramienta que pueden sostener. Ambos tipos de herramientas se venden para aceptar herramientas de tamaño imperial y métrico.
Las herramientas SK y HSK, a veces llamadas "herramientas de vástago hueco", son mucho más comunes en Europa, donde se inventaron, que en los Estados Unidos. Se afirma que las herramientas HSK son incluso mejores que las herramientas BT a altas velocidades. El mecanismo de sujeción de las herramientas HSK se coloca dentro del cuerpo (hueco) de la herramienta y, a medida que aumenta la velocidad del husillo, se expande, agarrando la herramienta con más fuerza al aumentar la velocidad del husillo. No hay perno de tracción con este tipo de herramientas.
En el caso de las fresadoras manuales, la estandarización es menor porque existe una mayor variedad de estándares que antes competían entre sí. Las máquinas manuales más nuevas y más grandes suelen utilizar herramientas NMTB. Estas herramientas son algo similares a las herramientas CAT pero requieren una barra de tiro dentro de la fresadora. Además, existen diversas variaciones de las herramientas NMTB que dificultan la intercambiabilidad. Cuanto más antigua sea una máquina, mayor será la pluralidad de estándares que pueden aplicarse (por ejemplo, Morse , Jarno , Brown & Sharpe , Van Norman y otros conos específicos de los constructores menos comunes). Sin embargo, dos estándares que han tenido un uso especialmente amplio son el Morse #2 y el R8, cuya prevalencia fue impulsada por la popularidad de los molinos construidos por Bridgeport Machines de Bridgeport, Connecticut . Estas fresadoras dominaron el mercado durante tanto tiempo que "Bridgeport" es prácticamente sinónimo de "fresadora manual". La mayoría de las máquinas que Bridgeport fabricó entre 1938 y 1965 utilizaron un cono Morse n.º 2, y desde aproximadamente 1965 en adelante la mayoría utilizó un cono R8.
Existen muchas herramientas de corte para fresadoras, incluidas fresas, cortadoras, cortadoras de engranajes, fresas de extremo, etc. [9]
El fresado de cavidades se ha considerado como una de las operaciones más utilizadas en el mecanizado . Se utiliza ampliamente en las industrias aeroespacial y de astilleros . En el fresado de cavidades, el material dentro de un límite arbitrariamente cerrado sobre una superficie plana de una pieza de trabajo se retira hasta una profundidad fija. Generalmente, las fresas de fondo plano se utilizan para el fresado de cavidades. En primer lugar, se realiza la operación de desbaste para eliminar la mayor parte del material y luego se termina la cavidad con una fresa de acabado. [10] La mayoría de las operaciones de fresado industrial se pueden realizar mediante fresado CNC de 2,5 ejes . Este tipo de control de trayectoria puede mecanizar hasta el 80% de todas las piezas mecánicas. Dado que la importancia del fresado de cajeras es muy relevante, los enfoques eficaces de cajera pueden dar lugar a una reducción del tiempo y el coste de mecanizado. [11] El fresado de cajeras NC se puede realizar principalmente mediante dos trayectorias de herramienta, a saber. lineal y no lineal. [12]
En este enfoque, el movimiento de la herramienta es unidireccional. Las trayectorias de herramienta en zig-zag y zig son ejemplos de trayectoria de herramienta lineal.
En el fresado en zig-zag, el material se elimina tanto hacia adelante como hacia atrás. En este caso, el corte se realiza tanto a favor como en contra de la rotación del husillo. Esto reduce el tiempo de mecanizado pero aumenta la vibración de la máquina y el desgaste de las herramientas .
En el fresado en zig, la herramienta se mueve sólo en una dirección. La herramienta debe levantarse y retraerse después de cada corte, por lo que aumenta el tiempo de mecanizado. Sin embargo, en el caso del fresado en zig, la calidad de la superficie es mejor.
En este enfoque, el movimiento de la herramienta es multidireccional. Un ejemplo de trayectoria de herramienta no lineal es la trayectoria de herramienta paralela al contorno.
En este enfoque, el límite de cajera requerido se utiliza para derivar la trayectoria de la herramienta. En este caso la fresa está siempre en contacto con el material de trabajo. De este modo se evita el tiempo muerto empleado en posicionar y retraer la herramienta. Para la eliminación de material a gran escala, la trayectoria de la herramienta paralela al contorno se utiliza ampliamente porque se puede utilizar de manera consistente con el método de corte hacia arriba o hacia abajo durante todo el proceso. Hay tres enfoques diferentes que caen en la categoría de generación de trayectorias de herramientas paralelas al contorno. Ellos son:
En este enfoque, la herramienta se desplaza a lo largo de una trayectoria en espiral que evoluciona gradualmente. La espiral comienza en el centro de la cajera a mecanizar y la herramienta se mueve gradualmente hacia el límite de la cajera. La dirección de la trayectoria de la herramienta cambia progresivamente y se minimizan la aceleración y desaceleración local de la herramienta. Esto reduce el desgaste de la herramienta. [dieciséis]
Las fresadoras evolucionaron a partir de la práctica del limado rotatorio, es decir, hacer funcionar una cortadora circular con dientes en forma de lima en el cabezal de un torno . Se desarrolló el limado rotatorio y, más tarde, el fresado verdadero para reducir el tiempo y el esfuerzo dedicado al limado manual. Es posible que nunca se conozca la historia completa del desarrollo de las fresadoras, porque gran parte del desarrollo inicial tuvo lugar en talleres individuales donde se conservaron pocos registros para la posteridad. Sin embargo, se conocen las líneas generales, como se resume a continuación. Desde el punto de vista de la historia de la tecnología, está claro que la denominación de este nuevo tipo de mecanizado con el término "fresado" fue una extensión de los sentidos anteriores de esa palabra de procesar materiales abrazándolos de alguna manera (cortando, moliendo, triturando). , etc.). El limado rotatorio es anterior al fresado. Es muy conocida una lima rotativa de Jacques de Vaucanson , hacia 1760. [17] [18]
En 1783, Samuel Rehe inventó una auténtica fresadora. [19] En 1795, Eli Terry comenzó a utilizar una fresadora en Plymouth Connecticut en la producción de relojes de caja alta. Con el uso de su fresadora, Terry fue el primero en lograr piezas intercambiables en la industria relojera. El fresado de piezas de madera fue eficiente en piezas intercambiables, pero ineficiente en rendimientos altos. El fresado de piezas en bruto de madera da como resultado un bajo rendimiento de piezas porque la hoja única de la máquina causaría la pérdida de los dientes del engranaje cuando el cortador golpea las vetas paralelas de la madera. Más tarde, Terry inventó una máquina cortadora de husillo para producir piezas en masa en 1807. Otros relojeros de Connecticut, como James Harrison de Waterbury, Thomas Barnes de Litchfield y Gideon Roberts de Bristol, también utilizaron fresadoras para producir sus relojes. [20]
Está claro que las fresadoras como una clase distinta de máquina herramienta (separada de los tornos que ejecutan limas rotativas) aparecieron por primera vez entre 1814 y 1818. Los primeros centros de desarrollo de las verdaderas fresadoras fueron dos armerías federales de los EE. UU. ( Springfield y Harpers Ferry ). junto con las diversas armerías privadas y contratistas internos que compartían con ellos la rotación de trabajadores calificados. Entre 1912 y 1916, Joseph W. Roe , un respetado padre fundador de los historiadores de las máquinas herramienta, le dio crédito a Eli Whitney (uno de los fabricantes de armas privados mencionados anteriormente) por producir la primera fresadora verdadera. [21] [22] En 1918, la consideró "Probablemente la primera fresadora jamás construida, sin duda la más antigua que existe actualmente [...]". [23] Sin embargo, estudiosos posteriores, incluido Robert S. Woodbury [24] y otros, [25] han mejorado la primera versión de la historia de Roe y sugieren que la misma cantidad de crédito (de hecho, probablemente más) pertenece a varios otros inventores. , incluido Robert Johnson de Middletown, Connecticut ; el Capitán John H. Hall de la armería de Harpers Ferry; Simeon al norte de la fábrica de Staddle Hill en Middletown; Roswell Lee de la armería de Springfield; y Thomas Blanchard . (Varios de los hombres mencionados anteriormente a veces son descritos en Internet como "el inventor de la primera fresadora" o "el inventor de piezas intercambiables". Estas afirmaciones están demasiado simplificadas, ya que estas tecnologías evolucionaron con el tiempo entre muchas personas).
Peter Baida, [25] citando el artículo de Edward A. Battison "Eli Whitney and the Milling Machine", que se publicó en el Smithsonian Journal of History en 1966, ejemplifica la disipación de la imagen de " Gran Hombre " de Whitney por parte de los historiadores de la tecnología que trabajan en las décadas de 1950 y 1960. Cita a Battison concluyendo que "no hay evidencia de que Whitney haya desarrollado o utilizado una verdadera fresadora". Baida dice: "La llamada máquina Whitney de 1818 parece haber sido fabricada después de la muerte de Whitney en 1825". Baida cita la sugerencia de Battison de que la primera fresadora verdadera no fue fabricada por Whitney, sino por Robert Johnson de Middletown. [25]
Los finales de la adolescencia del siglo XIX fueron un momento crucial en la historia de las máquinas herramienta, ya que el período de 1814 a 1818 es también el período durante el cual varios pioneros contemporáneos ( Fox , Murray y Roberts ) desarrollaron la cepilladora , [26] y al igual que con la fresadora, el trabajo que se realizaba en varios talleres no estaba documentado por diversas razones (en parte debido al secreto de propiedad y también simplemente porque nadie tomaba registros para la posteridad).
James Nasmyth construyó una fresadora muy avanzada para su época entre 1829 y 1831. [27] Estaba diseñada para fresar los seis lados de una tuerca hexagonal que estaba montada en un dispositivo de indexación de seis vías .
Una fresadora construida y utilizada en el taller de Gay & Silver (también conocida como Gay, Silver, & Co) en la década de 1830 fue influyente porque empleaba un mejor método de posicionamiento vertical que las máquinas anteriores. Por ejemplo, la máquina de Whitney (la que Roe consideró la primera) y otras no preveían el desplazamiento vertical de la rodilla. Evidentemente, la suposición del flujo de trabajo detrás de esto era que la máquina estaría configurada con cuñas, tornillo de banco, etc. para un determinado diseño de pieza, y las piezas sucesivas no requerían ajuste vertical (o, como mucho, solo necesitarían cuñas). Esto indica que al principio se pensaba en las fresadoras como máquinas de producción y no como máquinas de taller .
En estos primeros años, el fresado se consideraba a menudo sólo como una operación de desbaste seguida de un acabado con una lima manual. La idea de reducir el limado manual era más importante que reemplazarlo .
Algunos de los hombres clave en el desarrollo de fresadoras durante esta época fueron Frederick W. Howe , Francis A. Pratt , Elisha K. Root y otros. (Estos mismos hombres durante la misma época también estaban ocupados desarrollando lo último en tornos de torreta . La experiencia de Howe en Gay & Silver en la década de 1840 lo familiarizó con las primeras versiones de ambas máquinas herramienta. Sus diseños de máquinas herramienta se construyeron más tarde en Robbins & Silver Lawrence , Providence Tool Company y Brown & Sharpe ). El diseño de fresadora más exitoso que surgió durante esta era fue elLincoln Miller , que en lugar de ser una marca y modelo específico de máquina herramienta, es en realidad una familia de herramientas construidas por varias empresas con una configuración común durante varias décadas. Tomó su nombre de la primera empresa que puso uno en el mercado, George S. Lincoln & Company (anteriormente Phoenix Iron Works), cuyo primero se construyó en 1855 para la armería Colt . [28]
Durante esta era, hubo un punto ciego continuo en el diseño de máquinas fresadoras, ya que varios diseñadores no lograron desarrollar un medio verdaderamente simple y efectivo para proporcionar recorrido de deslizamiento en los tres ejes de fresado arquetípicos (X, Y y Z, o como eran conocido en el pasado, longitudinal, transversal y vertical). Las ideas de posicionamiento vertical estaban ausentes o poco desarrolladas. El husillo del molinero Lincoln se podía subir y bajar, pero la idea original detrás de su posicionamiento era colocarlo en posición y luego ejecutarlo, en lugar de moverlo con frecuencia mientras se ejecuta. Al igual que un torno de torreta, era una máquina de producción repetitiva, en la que cada configuración especializada seguía una operación extensa y de baja cualificación.
En 1861, Frederick W. Howe, mientras trabajaba para Providence Tool Company, le pidió a Joseph R. Brown de Brown & Sharpe una solución al problema del fresado de espirales, como las ranuras de las brocas helicoidales. Por lo general, en aquella época se archivaban a mano. [29] ( El cepillado helicoidal existía, pero de ninguna manera era común). Brown diseñó una "fresadora universal" que, a partir de su primera venta en marzo de 1862, tuvo un gran éxito. Resolvió el problema del recorrido de los 3 ejes (es decir, los ejes que ahora llamamos XYZ) de forma mucho más elegante que en el pasado, y permitió el fresado de espirales mediante un cabezal indexador alimentado en coordinación con el avance de la mesa. . Se le aplicó el término "universal" porque estaba preparado para cualquier tipo de trabajo, incluido el trabajo en el taller de herramientas, y no tenía una aplicación tan limitada como los diseños anteriores. (Howe había diseñado un "molinero universal" en 1852, pero el de Brown de 1861 es el que se considera un éxito innovador) .
Brown también desarrolló y patentó (1864) el diseño de fresas formadas en las que los sucesivos afilados de los dientes no alteran la geometría de la forma. [18]
Los avances de la década de 1860 abrieron las compuertas y marcaron el comienzo de la práctica moderna de la molienda.
En estas décadas, Brown & Sharpe y Cincinnati Milling Machine Company dominaron el campo estadounidense de las fresadoras. Sin embargo, cientos de otras empresas también construyeron fresadoras en ese momento, y muchas de ellas fueron importantes en diversos sentidos. Además de una amplia variedad de máquinas de producción especializadas, la fresadora multiusos arquetípica de finales del siglo XIX y principios del XX era un pesado diseño de husillo horizontal de rodilla y columna con avance eléctrico de mesa, cabezal de indexación y un brazo robusto para soportar el eje. . La evolución del diseño de máquinas fue impulsada no sólo por el espíritu inventivo sino también por la constante evolución de las fresas que vieron hito tras hito desde 1860 hasta la Primera Guerra Mundial . [30] [31]
Hacia el final de la Primera Guerra Mundial, el control de las máquinas herramienta avanzó de diversas formas que sentaron las bases para la posterior tecnología CNC. La perforadora popularizó las ideas de dimensionamiento por coordenadas (dimensionamiento de todas las ubicaciones de la pieza desde un único punto de referencia); trabajar rutinariamente en "décimas" (diez milésimas de pulgada, 0,0001") como capacidad de una máquina diaria; y usar el control para pasar directamente del dibujo a la pieza, evitando la fabricación de plantillas. En 1920, el nuevo diseño de trazador de JC Shaw fue aplicado a las fresadoras de trazador Keller para el troquelado mediante la copia tridimensional de una plantilla. Esto hizo que el troquelado fuera más rápido y fácil justo cuando los troqueles tenían mayor demanda que nunca, y fue muy útil para troqueles de acero grandes como los que se utilizan para estampar láminas en la fabricación de automóviles. Tales máquinas tradujeron los movimientos del trazador en entradas para los servos que accionaban los tornillos de avance o el sistema hidráulico de la máquina. También estimularon el desarrollo de tuercas de tornillo de avance antirretroceso . Todos los conceptos anteriores eran nuevos en la década de 1920, pero se convirtieron en rutina en Carolina del Norte. Era CNC: En la década de 1930, existían fresadoras increíblemente grandes y avanzadas, como la Cincinnati Hydro-Tel, que presagiaba las fresadoras CNC actuales en todos los aspectos excepto en el control CNC en sí.
En 1936, Rudolph Bannow (1897-1962) concibió una mejora importante para la fresadora. [32] Su empresa comenzó a fabricar un nuevo molino vertical de rodilla y columna en 1938. Esta era la fresadora Bridgeport , a menudo llamada molino tipo ariete o tipo torreta porque su cabezal tiene un montaje de torreta giratoria y ariete deslizante. La máquina se hizo tan popular que muchos otros fabricantes crearon copias y variantes. Además, su nombre llegó a connotar cualquier variante de este tipo . El Bridgeport ofrecía ventajas duraderas sobre los modelos anteriores. Era lo suficientemente pequeño, liviano y asequible como para ser una adquisición práctica incluso para los talleres mecánicos más pequeños, pero también tenía un diseño inteligente, era versátil, estaba bien construido y era rígido. Sus diversas direcciones de movimiento deslizante y giratorio permitían que el cabezal abordara el trabajo desde cualquier ángulo. El diseño de Bridgeport se convirtió en la forma dominante de fresadoras manuales utilizadas por varias generaciones de maquinistas de pequeñas y medianas empresas . Se estima que en la década de 1980 se habían construido un cuarto de millón de fresadoras Bridgeport [32] , y ellas (y sus clones) todavía se producen en la actualidad.
En 1940, la automatización mediante levas, como en máquinas roscadoras y mandriles automáticos , ya llevaba décadas muy desarrollada. A partir de la década de 1930, las ideas relacionadas con los servomecanismos habían estado en el aire, pero fue especialmente durante e inmediatamente después de la Segunda Guerra Mundial cuando comenzaron a germinar (ver también Control numérico > Historia ). Pronto se combinaron con la tecnología emergente de las computadoras digitales . Este entorno de desarrollo tecnológico, que se extendió desde el período inmediatamente anterior a la Segunda Guerra Mundial hasta la década de 1950, fue impulsado por los gastos de capital militar que persiguieron los avances contemporáneos en la dirección de artillería de armas y cohetes y en la guía de misiles , otras aplicaciones en las que los humanos deseaban Controle la cinemática / dinámica de máquinas grandes de forma rápida, precisa y automática. Probablemente no se habría realizado un gasto suficiente en I+D sólo en la industria de las máquinas herramienta; pero era para estas últimas aplicaciones para las que estaban disponibles la voluntad y la capacidad de gastar. Una vez que el desarrollo estuvo en marcha, se aplicó con entusiasmo al control de máquinas herramienta en uno de los muchos casos de transferencia de tecnología posteriores a la Segunda Guerra Mundial .
En 1952, el control numérico alcanzó la etapa de desarrollo de la realidad de laboratorio. La primera máquina herramienta NC fue una fresadora Cincinnati Hydrotel modernizada con una unidad de control NC construida desde cero. Se informó en Scientific American , [33] al igual que otra fresadora innovadora, la universal Brown & Sharpe, lo había sido en 1862.
Durante la década de 1950, el control numérico pasó lentamente del laboratorio al servicio comercial . Durante su primera década, tuvo un impacto bastante limitado fuera del trabajo aeroespacial. Pero durante las décadas de 1960 y 1970, el NC evolucionó hasta convertirse en CNC, el almacenamiento de datos y los medios de entrada evolucionaron, la potencia de procesamiento de las computadoras y la capacidad de memoria aumentaron constantemente, y las máquinas herramienta NC y CNC se difundieron gradualmente desde un entorno de grandes corporaciones y trabajos principalmente aeroespaciales hasta el nivel de medianas corporaciones y una amplia variedad de productos. El drástico avance del control de máquinas herramienta por parte de NC y CNC transformó profundamente la cultura de fabricación. [34] Los detalles (que están más allá del alcance de este artículo) han evolucionado enormemente con cada década que pasa.
Las computadoras y las máquinas herramienta CNC continúan desarrollándose rápidamente. La revolución de las computadoras personales tiene un gran impacto en este desarrollo. A finales de la década de 1980, los pequeños talleres mecánicos tenían computadoras de escritorio y máquinas herramienta CNC. Poco después, aficionados, artistas y diseñadores comenzaron a adquirir tornos y fresadoras CNC. Los fabricantes han comenzado a producir máquinas CNC de precio económico, lo suficientemente pequeñas como para colocarlas en un escritorio y que pueden cortar con alta resolución materiales más blandos que el acero inoxidable. Se pueden utilizar para fabricar cualquier cosa, desde joyas hasta placas de circuito impreso y piezas de armas, e incluso obras de arte.
Se utilizan normas nacionales e internacionales para estandarizar las definiciones, los requisitos ambientales y los métodos de prueba utilizados para la molienda. La selección del estándar a utilizar es un acuerdo entre el proveedor y el usuario y tiene cierta importancia en el diseño del molino. En Estados Unidos, ASME ha desarrollado las normas B5.45-1972 Fresadoras y B94.19-1997 Fresas y fresas de extremo .
Las tolerancias generales incluyen: +/-0,005" (~0,1 mm) para tolerancias locales en la mayoría de las geometrías, +/-0,010" (~0,25 mm) para plásticos con variación según el tamaño de la pieza, 0,030" (~0,75 mm) espesor de pared mínimo para metales y espesor de pared mínimo de 0,060" (~1,5 mm) para plásticos. [35]
{{citation}}: Mantenimiento CS1: posdata ( enlace )