En metalurgia y carpintería, un torno automático es un torno con un proceso de corte controlado automáticamente . Los tornos automáticos se desarrollaron por primera vez en la década de 1870 y estaban controlados mecánicamente. Desde la llegada de NC y CNC en la década de 1950, el término torno automático se ha utilizado generalmente sólo para tornos controlados mecánicamente, aunque algunos fabricantes (por ejemplo, DMG Mori y Tsugami) comercializan tornos CNC de tipo suizo como "automáticos". [3]
El CNC aún no ha desplazado por completo a los tornos mecánicamente automatizados, ya que, aunque ya no están en producción, muchos tornos mecánicamente automatizados siguen en servicio. [4]
El término "torno automático" todavía se utiliza a menudo en la fabricación en su sentido anterior, refiriéndose a tornos automatizados que no son de tipo CNC . Los primeros tornos automáticos estaban automatizados mecánicamente y controlados por levas o trazadores y pantógrafos . Así, antes de la automatización electrónica mediante control numérico , lo "automático" en el término "máquina herramienta automática" siempre se refería implícitamente a la automatización mecánica .
Los primeros tornos mecánicamente automatizados fueron tornos geométricos , incluidos los tornos con motor de rosa . En contextos industriales durante la Era de las Máquinas , el término "torno automático" se refería a máquinas de tornillo y mandriles mecánicos.
Desde la maduración del CNC, la dicotomía implícita entre "manual versus automático" todavía existe, pero debido a que el CNC es tan ubicuo, el término "automático" ha perdido parte de su poder distintivo. Todas las máquinas herramienta CNC son automáticas, pero el uso en las industrias del mecanizado no las denomina habitualmente con ese término. El término "automático", cuando se utiliza, todavía se refiere a menudo implícitamente a máquinas accionadas por levas. Por lo tanto, un torno CNC de 2 ejes no se denomina "torno automático", incluso si está completamente automatizado.
Los tornos automáticos accionados por levas de tamaño pequeño y mediano suelen denominarse máquinas de tornillo o máquinas de tornillo automáticas . Estas máquinas trabajan en piezas que (solo como guía aproximada) tienen hasta 80 milímetros (3,1 pulgadas) de diámetro y 300 milímetros (12 pulgadas) de largo. Las máquinas de tornillo casi invariablemente realizan trabajos con barras , lo que significa que un trozo de barra pasa a través del husillo y es agarrado por el mandril (generalmente un mandril de pinza ). A medida que se mecaniza la pieza, toda la longitud de la barra se gira con el husillo. Cuando la pieza está terminada, se "separa" de la barra, se suelta el portabrocas, la barra avanza y el portabrocas se cierra nuevamente, listo para el siguiente ciclo. La alimentación de la barra puede realizarse por varios medios, incluidas herramientas de dedo que agarran la barra y tiran o una alimentación de barra con rodillos que empuja la barra desde atrás.
Los tornos automáticos accionados por levas de mayor tamaño suelen denominarse tornos de plato automático , tornos automáticos , platos de plato automáticos , automáticos o platos de plato . La parte del nombre "mandril" proviene de que las piezas de trabajo son espacios en blanco discretos, guardados en un contenedor llamado "cargador", y cada uno toma un turno para ser mecanizado y mecanizado. (Esto es análogo a la forma en que cada cartucho de munición en el cargador de una pistola semiautomática tiene su turno en la recámara.) Los espacios en blanco son piezas forjadas o fundidas individuales, o son piezas de palanquilla previamente aserradas . Sin embargo, algunos miembros de esta familia de máquinas herramienta tornean trabajos en barra o trabajan en centros (p. ej., el torno automático Fay ). Con respecto al trabajo con barras de gran diámetro (por ejemplo, 150 milímetros (5,9 pulgadas) o más), es meramente un punto académico si se llama "trabajo con máquina de tornillo" o simplemente "trabajo automático".
Las máquinas roscadoras, al ser la clase de tornos automáticos para piezas de tamaño pequeño y mediano, se utilizan en la fabricación en gran volumen de una amplia variedad de componentes torneados. Durante el proceso de mecanizado con tornillos suizos, la pieza de trabajo se apoya en un casquillo guía, cerca de la herramienta de corte. [5]
Hablando con referencia a la definición normal del término máquina de tornillo , todas las máquinas de tornillo están totalmente automatizadas, ya sea mecánicamente (mediante levas) o mediante CNC , lo que significa que una vez configuradas y puestas en marcha, continúan funcionando y produciendo piezas con poco esfuerzo humano. intervención. La automatización mecánica llegó primero, a partir de la década de 1870; El control computarizado (primero mediante NC y luego CNC) llegó más tarde, a partir de la década de 1950.
El nombre máquina de tornillos es algo así como una metonimia , ya que las máquinas de tornillos pueden fabricar piezas distintas a los tornillos o que no están roscadas . Sin embargo, el uso arquetípico por el que se denominaron máquinas de tornillos fue la fabricación de tornillos.
La definición del término máquina de tornillo ha cambiado con la tecnología cambiante. Cualquier uso del término antes de la década de 1840, si ocurriera, se habría referido ad hoc a cualquier máquina herramienta utilizada para producir tornillos. Es decir, no habría existido una diferenciación establecida con el término torno de corte de tornillos . Cuando se desarrollaron los tornos de torreta en la década de 1840, se les aplicó el término máquina de tornillo en un uso superpuesto con el término torno de torreta . En 1860, cuando algunos de los movimientos, como la indexación de la torreta, se automatizaron mecánicamente, se aplicó el término máquina de tornillo automática y el término máquina de tornillo manual o máquina de tornillo manual se aplicó retrónimo a las máquinas anteriores. En 15 años, todo el ciclo de corte de piezas se automatizó mecánicamente y las máquinas del tipo 1860 recibieron el nombre de semiautomáticas . A partir de ese momento, las máquinas con ciclos totalmente automatizados solían denominarse máquinas de tornillo automáticas , y eventualmente, en el uso de la mayoría de personas en las industrias de mecanizado, el término máquina de tornillo ya no se utilizaba para referirse a tornos de torreta manuales o semiautomáticos, habiéndose reservado para una clase de máquina, la del tipo totalmente automatizada mecánicamente. Este significado restringido de máquina de tornillo se mantuvo estable desde aproximadamente la década de 1890 hasta la década de 1950. ( Brown & Sharpe continuaron llamando a algunos de sus modelos de tornos de torreta manuales "máquinas de tornillo", pero la mayoría de los maquinistas reservaban el término para las automáticas). Dentro de esta clase llamada máquinas de tornillo había variaciones, como máquinas de husillo único versus husillos múltiples, horizontales. -torreta versus torreta vertical, etc.
Con la llegada de NC, las máquinas de tornillo se dividieron en dos clases, mecánicas y NC. Esta distinción continúa hoy en día con las máquinas de tornillo mecánicas y las máquinas de tornillo CNC . Sin embargo, en la jerga del taller, el término máquina de tornillo por sí solo a menudo todavía se entiende en contexto como que implica una máquina de tornillo mecánica, por lo que el retrónimo máquina de tornillo mecánica no se utiliza de manera consistente.
Una máquina de sujeción automática es similar a una máquina de tornillo automática; Ambos utilizan husillos en la producción. El uso de husillos capaces de taladrar, perforar y cortar la pieza de trabajo permite realizar varias funciones simultáneamente en ambas máquinas. Una diferencia clave entre las máquinas es que el plato automático maneja trabajos más grandes, que debido a su tamaño son más a menudo trabajos de plato y menos de barra. [6] El torno automático Fay era una variante que se especializaba en trabajos de torneado sobre centros . Si bien una máquina atornilladora está limitada a unos 80 milímetros (3,1 pulgadas), hay disponibles mandriles automáticos que pueden manejar mandriles de hasta 300 milímetros (12 pulgadas). Los mandriles funcionan con aire . Muchas de estas máquinas son multihusillo (más de un husillo principal).
Entre las marcas conocidas de este tipo de máquinas se incluyen National-Acme, Hardinge, New Britain, New Britain-Gridley, Acme-Gridley, Davenport, Bullard Mult-Au-Matic (una variante vertical de múltiples husillos) y Thomas Ryder and Son.
Los mandriles automáticos son una clase de máquina herramienta especializada en nichos industriales reducidos, como los proveedores de piezas OEM para la industria automotriz . Están limitados en sus nichos económicos a la producción en gran volumen de piezas grandes, lo que tiende a ocurrir sólo en relativamente pocas empresas (en comparación con el trabajo más pequeño que pueden realizar las pequeñas empresas). El mercado de este tipo de máquinas herramienta no suele incluir talleres locales ni talleres de herramientas y troqueles .
Los mandriles accionados por levas están pasando a la historia más rápido que la mayoría de las otras clases de máquinas herramienta que no son CNC. Esto se debe a que las pocas empresas que los tienen suelen verse obligadas a adaptarse continuamente a los últimos avances (hoy todos CNC) para competir y sobrevivir. Es más probable que los mandriles Cam-op sean desechados que otros tipos de máquinas herramienta que no sean CNC. A diferencia del " torno South Bend del abuelo " o el "viejo molino de rodilla Bridgeport de papá ", prácticamente nadie puede permitirse el lujo de conservarlos y utilizarlos únicamente por motivos sentimentales. Como ocurre con la mayoría de la maquinaria tipográfica comercial no digital (como las máquinas Linotype ).
Las máquinas de atornillar mecánicas han sido sustituidas en cierta medida por tornos CNC (centros de torneado) y máquinas de atornillar CNC. Sin embargo, todavía se utilizan habitualmente y, para la producción de grandes volúmenes de componentes torneados, a menudo sigue siendo cierto que nada es tan rentable como una máquina atornilladora mecánica.
En la jerarquía de las máquinas de fabricación, la máquina de tornillo ocupa el primer lugar cuando se necesitan grandes volúmenes de producto. Un torno de motor se encuentra en la parte inferior y requiere menos tiempo para configurarlo, pero requiere la mano de obra más calificada y el tiempo para producir una pieza. Tradicionalmente, un torno de torreta ha estado un paso por encima de un torno de motor, ya que necesita mayor tiempo de configuración, pero puede producir un mayor volumen de producto y, por lo general, requiere un operador menos calificado una vez que se completa el proceso de configuración. Las máquinas de tornillo pueden requerir una configuración extensa, pero una vez que están en funcionamiento, un solo operador puede monitorear el funcionamiento de varias máquinas.
La llegada del torno CNC (o más propiamente, el centro de torneado CNC) ha desdibujado estos distintos niveles de producción hasta cierto punto. El centro de torneado CNC encaja más apropiadamente en el rango medio de producción, reemplazando al torno de torreta. Sin embargo, a menudo es posible producir un solo componente con un centro de torneado CNC más rápidamente que con un torno de motor. El centro de torneado CNC también ha entrado en cierta medida en el ámbito que tradicionalmente ocupaba la máquina de tornillos (mecánica). Las máquinas de tornillos CNC hacen esto en mayor medida, pero son caras. En algunos casos son vitales, pero en otros una máquina mecánica puede igualar o superar el rendimiento y la rentabilidad generales. No es inusual que los tornos automáticos de leva superen a los CNC en tiempo de ciclo. [4] El CNC ofrece muchos beneficios, entre ellos la integración CAD/CAM, pero el CNC en sí generalmente no ofrece ninguna ventaja de velocidad inherente dentro del contexto de un ciclo de torno automático en términos de velocidades y avances o velocidad de cambio de herramienta. Hay muchas variables involucradas en la respuesta a la pregunta de cuál es mejor para una pieza particular en una empresa en particular. ( Los gastos generales son parte del cálculo, entre otras cosas porque la mayoría de las máquinas de cam-op se pagaron hace mucho tiempo, mientras que una máquina CNC de último modelo tiene pagos mensuales considerables). Las empresas que dependen de máquinas cam-op siguen compitiendo incluso en el entorno actual lleno de CNC; sólo necesitan estar atentos y ser inteligentes para que siga así. [4]
En el segmento de multihusillos, algunos fabricantes de máquinas herramienta también construyen máquinas híbridas que son en parte CNC y en parte control de la vieja escuela (algunas estaciones son CNC mientras que otras son cam-op o accionadas con ciclos hidráulicos simples). Esto permite a los talleres con determinadas combinaciones de trabajos obtener una ventaja competitiva gracias al menor coste en comparación con las máquinas totalmente CNC. [7] La variedad de máquinas que permiten una producción rentable dentro de ciertos nichos refleja la variedad de trabajos que existen: algunos trabajos de gran volumen siguen siendo competencia del cam-op; El CNC completo con todas las comodidades supera a algunos trabajos flexibles de bajo volumen; y las máquinas híbridas pueden producir el precio unitario más bajo en mezclas intermedias.
Un torno automático puede tener un solo husillo o varios husillos. Cada husillo contiene una barra o pieza en bruto de material que se mecaniza simultáneamente. Una configuración común es la de seis husillos. La jaula que sostiene estas seis barras de material se indexa después de que se completa cada operación de mecanizado. La indexación recuerda a una ametralladora Gatling .
Cada estación puede tener múltiples herramientas que cortan el material en secuencia. Las herramientas suelen estar dispuestas en varios ejes, como torreta (indexación giratoria), deslizamiento horizontal (indexación lineal) y deslizamiento vertical (indexación lineal). Los grupos lineales se denominan "pandillas". El funcionamiento de todas estas herramientas es similar al de un torno de torreta.
A modo de ejemplo: una barra de material avanza a través del husillo. Se mecaniza la cara de la barra (operación de refrentado). El exterior de la barra se mecaniza para darle forma ( operación de torneado ). Se perfora o aburre la barra , y finalmente se corta la pieza (operación de tronzado).
En una máquina de un solo husillo, lo más probable es que estas cuatro operaciones se realicen de forma secuencial, con cuatro carros transversales, cada uno de los cuales se posicionará por turnos para realizar su operación. En una máquina de husillos múltiples, cada estación corresponde a una etapa en la secuencia de producción a través de la cual cada pieza pasa por un ciclo, ocurriendo todas las operaciones simultáneamente, pero en diferentes piezas de trabajo, a la manera de una línea de ensamblaje .
Para el mecanizado de formas complejas es habitual utilizar herramientas de forma . Esto contrasta con el corte que se realiza en un torno de motor donde la herramienta de corte suele ser una herramienta de punta única . Una herramienta de forma tiene la forma o contorno de la pieza final pero al revés, por lo que corta el material dejando la forma deseada del componente. Esto contrasta con una herramienta de un solo punto, que corta en un punto a la vez y la forma del componente está dictada por el movimiento de la herramienta más que por su forma.
A diferencia de un torno, el roscado de un solo punto rara vez se realiza; Lleva demasiado tiempo para los tiempos de ciclo cortos típicos de las máquinas de tornillo. Un cabezal de troquel de liberación automática puede cortar o laminar roscas rápidamente en diámetros exteriores. Un portamachos que no se libera con un macho puede cortar rápidamente diámetros interiores, pero requiere que las máquinas de un solo husillo retrocedan a alta velocidad para que el macho se retire del trabajo. La velocidad de roscado y roscado (baja velocidad) suele ser 1/5 de la velocidad alta.
El brochado rotatorio es otra operación común. El soporte de la brocha está montado de forma estacionaria mientras que su husillo interno y la herramienta de brocha para corte de extremos son accionados por la pieza de trabajo. A medida que la brocha se introduce dentro o alrededor de la pieza de trabajo, los puntos de contacto de la brocha cambian constantemente, creando fácilmente la forma deseada. La forma más común hecha de esta manera es un casquillo hexagonal en el extremo de un tornillo.
La historia de los tornos automáticos en contextos industriales comenzó con las máquinas de tornillos, y esa historia sólo puede entenderse verdaderamente en el contexto de la fabricación de tornillos en general. Por lo tanto, la discusión a continuación comienza con una simple descripción general de la fabricación de tornillos en siglos anteriores y cómo evolucionó hasta convertirse en una práctica de los siglos XIX, XX y XXI.
Los seres humanos fabrican tornillos desde la antigüedad. Durante la mayor parte de esos siglos, la fabricación de tornillos generalmente implicaba el corte personalizado de las roscas de cada tornillo a mano (mediante tallado o limado ). Otros métodos antiguos implicaban enrollar alambre alrededor de un mandril (como un palo o una varilla de metal) o tallar una rama de árbol que había sido envuelta en espiral por una enredadera.
A lo largo de los siglos se desarrollaron varios elementos de máquinas que potencialmente se prestaban para la fabricación de tornillos (como el torno , el husillo , el soporte deslizante , los engranajes , los soportes deslizantes engranados directamente a los husillos y los trenes de engranajes de "cambio"), y algunos de ellos elementos bastante antiguos. Varias chispas de poder inventivo durante la Edad Media y el Renacimiento combinaron algunos de estos elementos en máquinas para fabricar tornillos que presagiaron la era industrial siguiente. Por ejemplo, varios inventores medievales cuyos nombres se han perdido en la historia trabajaron claramente en el problema, como lo muestra el Medieval Housebook del castillo de Wolfegg (escrito alrededor de 1475-1490), [8] y Leonardo da Vinci y Jacques Besson nos dejaron dibujos de tornillos. máquinas cortadoras del siglo XVI; [8] No se sabe que se hayan construido todos estos diseños, pero es evidente que máquinas similares eran una realidad durante la vida de Besson. Sin embargo, no fue hasta 1760-1800 [9] que estos diversos elementos se combinaron con éxito para crear (en paralelo contemporáneo) dos nuevos tipos de máquinas herramienta: el torno de corte de tornillos (para la producción de bajo volumen, al estilo de una sala de herramientas ). tornillos para metales , con fácil selección de varios pasos) y las primeras máquinas herramienta de gran volumen, especializadas y de un solo propósito para la producción de tornillos, que fueron creadas para producir tornillos para madera [es decir, tornillos de metal para uso en madera] a gran volumen y bajo precio unitario . Los tornos para cortar tornillos alimentaron la incipiente evolución de la práctica moderna de los talleres mecánicos , mientras que las máquinas para fabricar tornillos para madera alimentaron la incipiente evolución de la moderna industria ferretera, es decir, el concepto de una fábrica que abasteciera las necesidades de miles de clientes, que consumían tornillos en cantidades cada vez mayores para carpintería , ebanistería y otros oficios, pero no fabricaban los herrajes ellos mismos (comprándolos, en cambio, a fabricantes especializados con uso intensivo de capital a un costo unitario menor que el que podrían lograr por sí solos). Estas dos clases de máquinas herramienta tomaron simultáneamente las distintas clases de tornillos y los trasladaron, por primera vez, de la categoría de objetos caros, hechos a mano y poco utilizados a la categoría de productos asequibles y a menudo intercambiables . (La intercambiabilidad se desarrolló gradualmente , de intracompañía a intercompañía, nacional a internacional).
Entre 1800 y 1840, en el lado de los tornillos de máquina, se convirtió en una práctica común construir todos los elementos relevantes de las máquinas de corte de tornillos en tornos de motor , por lo que el término "torno de corte de tornillos" dejó de contraponerse a otros tipos de tornos para trabajar metales. como un tipo de torno "especial". Mientras tanto, en el ámbito de los tornillos para madera, los fabricantes de hardware habían desarrollado para su propio uso interno las primeras máquinas herramienta totalmente automáticas [mecánicamente automatizadas] para fines especiales para la fabricación de tornillos. [10] El arco de desarrollo de 1760-1840 fue un tremendo avance tecnológico, pero avances posteriores harían que los tornillos fueran aún más baratos y más frecuentes una vez más. Estos comenzaron en la década de 1840 con la adaptación del torno de motor con un portaherramientas con cabezal de torreta para crear el torno de torreta . Este desarrollo redujo en gran medida el tiempo, el esfuerzo y la habilidad necesarios por parte del operador de la máquina para producir cada tornillo de máquina. Se renunció a la puntería única en favor del corte con cabezal de troquel para producciones repetitivas de volumen medio y alto. Luego, en la década de 1870, el ciclo de corte parcial (secuencia de movimientos) del torno de torreta se automatizó poniéndolo bajo control de leva , de una manera muy similar a cómo las cajas de música y las pianolas pueden reproducir una melodía automáticamente. Según Rolt (1965), [11] la primera persona que desarrolló una máquina de este tipo fue Christopher Miner Spencer , un inventor de Nueva Inglaterra . Es posible que Charles Vander Woerd haya inventado de forma independiente y contemporánea una máquina similar a la de Spencer. Sin embargo, las máquinas para fabricar tornillos para madera de las décadas de 1840 y 1850 [máquinas herramienta de producción industrial para fines especiales en contraposición a las máquinas herramienta de pequeños talleres], como las desarrolladas por Cullen Whipple de la New England Screw Company y Thomas J. Sloan, de la American Screw Company, [10] se había anticipado a las máquinas de Spencer y Vander Woerd de diversas maneras, aunque abordando el problema de la producción automatizada de tornillos desde un ángulo comercial diferente. Todas las máquinas herramienta mencionadas anteriormente (es decir, tornos de corte de tornillos; tornos de motor y tornos de banco adecuadamente equipados; tornos de torreta; máquinas de tornillos derivadas de tornos de torreta; y máquinas de tornillos para fábricas de tornillos para madera) a veces se denominaban "máquinas de tornillos" durante esta época (bastante lógico, dado que eran máquinas adaptadas a la fabricación de tornillos). La evolución de la nomenclatura mediante la cual el término "máquina de tornillos" se utiliza a menudo de forma más restringida que la que se analiza anteriormente.
Spencer patentó su idea en 1873; pero su patente no logró proteger el tambor de leva, al que Spencer llamó la "rueda cerebral". [11] Por lo tanto, muchas otras personas rápidamente adoptaron la idea. Posteriormente, importantes desarrolladores de tornos totalmente automáticos incluyeron a SL Worsley, que desarrolló una máquina de un solo husillo para Brown & Sharpe , [11] Edwin C. Henn, Reinhold Hakewessel y George O. Gridley, que desarrolló variantes de múltiples husillos y que participó en con una sucesión de corporaciones (Acme, National, National-Acme, Windsor Machine Company, Acme-Gridley, New Britain-Gridley); [11] [12] [13] Edward P. Bullard Jr, quien dirigió el desarrollo del Bullard Mult-Au-Matic ; [2] [14] FC Fay y Otto A. Schaum, quienes desarrollaron el torno automático Fay ; [15] Ralph Flanders y su hermano Ernest, quienes perfeccionaron aún más el torno Fay [15] y desarrollaron la rectificadora automática de roscas. Mientras tanto, los ingenieros en Suiza también desarrollaban nuevos tornos controlados manual y automáticamente. Los avances tecnológicos en Estados Unidos y Suiza fluyeron rápidamente hacia otros países industrializados (a través de rutas como las exportaciones de máquinas herramienta ; artículos y anuncios en revistas especializadas ; ferias comerciales , desde ferias mundiales hasta eventos regionales; y la rotación y emigración de ingenieros, instaladores y trabajadores). operadores). Allí, los innovadores locales también desarrollaron más herramientas para las máquinas y construyeron modelos de máquinas clonadas.
El desarrollo del control numérico fue el siguiente gran salto en la historia de los tornos automáticos, y también es lo que cambió el paradigma de lo que significaba la distinción "manual versus automático". A partir de la década de 1950, los tornos NC comenzaron a reemplazar los tornos manuales y las máquinas de tornillo de leva, aunque el desplazamiento de la tecnología más antigua por el CNC ha sido un arco largo y gradual que incluso hoy no es un eclipse total. En la década de 1980, las verdaderas máquinas de tornillos CNC (a diferencia de los tornos CNC más simples), de estilo suizo y no suizos, habían comenzado a hacer importantes avances en el ámbito de las máquinas de tornillos de leva. De manera similar, se desarrollaron mandriles CNC, que eventualmente evolucionaron incluso hasta convertirse en máquinas de transferencia rotativas CNC . Estas máquinas herramienta son poco conocidas fuera del sector de fabricación de automóviles.
