Torno automático - Automatic lathe
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 se controlaban mecánicamente. Desde la llegada de NC y CNC en la década de 1950, el término torno automático se ha utilizado generalmente solo para tornos controlados mecánicamente, aunque algunos fabricantes (por ejemplo, DMG Mori y Tsugami) comercializan tornos CNC de tipo suizo como "automáticos".
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 permanecen en servicio.
Nomenclatura general
El término "torno automático" todavía se utiliza a menudo en la fabricación en su sentido anterior, refiriéndose a tornos automatizados de tipos que no son CNC . Los primeros tornos automáticos fueron automatizados mecánicamente y controlados por levas o trazadores y pantógrafos . Así, antes de la automatización electrónica mediante control numérico , el término "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 de motor de roseta . En contextos industriales durante la era de las máquinas , el término "torno automático" se refería a las máquinas de tornillo y mandriles mecánicos.
Desde la maduración del CNC, la dicotomía implícita de "manual versus automático" todavía existe, pero debido a que el CNC es tan omnipresente, 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 implícitamente a las 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 a mediano generalmente se denominan máquinas de tornillo o máquinas de tornillo automático . Estas máquinas funcionan en piezas que (solo como una guía aproximada) tienen hasta 80 milímetros (3,1 pulgadas) de diámetro y 300 milímetros (12 pulgadas) de longitud. Las máquinas de tornillo casi invariablemente realizan trabajos de barra , lo que significa que una longitud de material en barra pasa a través del eje y es agarrada por el mandril (generalmente un mandril de pinza ). A medida que se mecaniza la pieza, se gira toda la longitud de la barra con el husillo. Cuando la pieza está lista, se 'separa' de la barra, se suelta el mandril, se avanza la barra y se vuelve a cerrar el mandril, listo para el siguiente ciclo. La alimentación de la barra puede ocurrir por varios medios, incluidas las herramientas con los dedos de tracción que agarran la barra y la alimentación de la barra de tracción o rodillo que empuja la barra desde atrás.
Grandes tornos automáticos accionados por leva se denominan generalmente tornos automáticos de sujeción , tornos automáticos , chuckers automáticas , automáticas o chuckers . La parte 'chucker' del nombre proviene de que las piezas de trabajo son espacios en blanco discretos, mantenidos en un contenedor llamado "cargador", y cada uno toma un turno para ser tirado y maquinado. (Esto es análogo a la forma en que cada cartucho de munición en el cargador de una pistola semiautomática tiene su turno en el 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 dan vuelta a la barra o trabajan en centros (por ejemplo, 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 de máquina de tornillo" o simplemente "trabajo automático".
Maquina de tornillo
Las máquinas de tornillo, que son la clase de tornos automáticos para piezas pequeñas y medianas, se utilizan en la fabricación de grandes volúmenes de una amplia variedad de componentes torneados. Durante el proceso de mecanizado de tornillos suizos, la pieza de trabajo se apoya con un casquillo guía, cerca de la herramienta de corte.
Nomenclatura de la máquina de tornillo
Hablando con referencia a la definición normal del término máquina de tornillo , todas las máquinas de tornillo están completamente automatizadas, ya sea mecánicamente (a través de levas) o por CNC , lo que significa que una vez que están configuradas y puestas en marcha, continúan funcionando y produciendo piezas con poco esfuerzo humano. intervención. La automatización mecánica fue lo primero, a partir de la década de 1870; El control computarizado (primero NC y luego CNC) vino más tarde, a partir de la década de 1950.
El nombre de máquina de tornillos es algo así como una metonimia , ya que las máquinas de tornillos pueden fabricar piezas que no sean tornillos o que no estén roscadas . Sin embargo, el uso arquetípico por el que se nombró a las 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 hubiera ocurrido, se habría referido ad hoc a cualquier máquina herramienta utilizada para producir tornillos. Es decir, no habría habido una diferenciación establecida del término torno de corte de tornillo . 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, tales como la indexación de torreta, se automatizaron mecánicamente, el término máquina de tornillo automático se aplicó, y el término máquina de tornillo mano o máquina de tornillo manual de se retronymously aplica a las máquinas anteriores. En 15 años, todo el ciclo de corte de piezas se había automatizado mecánicamente, y las máquinas del tipo 1860 se denominaron en forma retroactiva semiautomáticas . A partir de ese momento, las máquinas con ciclos completamente automatizados generalmente se llamaban máquinas de tornillo automático y, finalmente, en el uso de la mayoría de las personas en las industrias de mecanizado, el término máquina de tornillo ya no se usaba para referirse a tornos de torreta manuales o semiautomáticos. habiéndose reservado para una clase de máquina, el tipo totalmente automatizado mecánicamente. Este significado estrecho de máquina de tornillo se mantuvo estable desde aproximadamente la década de 1890 hasta la 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 automáticas). Dentro de esta clase llamada máquinas de tornillo había variaciones, como de un solo husillo versus de múltiples husillos , horizontales -turret versus vertical-torreta, 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 atornilladoras mecánicas y las atornilladoras CNC . Sin embargo, en la jerga del taller, el término máquina de tornillo en sí mismo todavía se entiende a menudo en contexto como una máquina de tornillo mecánica, por lo que el retrónimo de máquina de tornillo mecánica no se usa de manera consistente.
Chucker automático
Una máquina de sujeción automática es similar a una máquina de tornillo automática; ambos utilizan husillos en la producción. El uso de husillos, que pueden perforar, taladrar y cortar la pieza de trabajo, permite varias funciones simultáneamente en ambas máquinas. Una diferencia clave entre las máquinas es que el mandril automático maneja trabajos más grandes, que debido a su tamaño son más a menudo trabajos de mandrinado y menos de barras. El torno automático Fay era una variante que se especializaba en trabajos de torneado en centros . Mientras que una máquina de tornillo está limitada a unos 80 milímetros (3,1 pulgadas) de práctica, hay disponibles mandriles automáticos que pueden manejar mandriles de hasta 300 milímetros (12 pulgadas). Los mandriles funcionan con aire . Muchas de estas máquinas son de varios husillos (más de un husillo principal).
Marcas conocidas de tales máquinas 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 estrechos, como los proveedores de piezas OEM para la industria automotriz . Están limitados en sus nichos económicos a la producción de alto volumen de piezas grandes, lo que tiende a ocurrir solo en relativamente pocas empresas (en comparación con el trabajo más pequeño que pueden realizar las pequeñas empresas). El mercado de tales máquinas herramienta no incluye generalmente talleres de trabajo locales o talleres de herramientas y matrices .
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 tienden a verse obligadas a adaptarse continuamente al último estado del arte (hoy todo CNC) para competir y sobrevivir. Es más probable que se desguacen los mandriles Cam-op que otros tipos de máquinas herramienta que no son CNC. A diferencia del " Torno de South Bend del abuelo " o el " Molino de rodilla Bridgeport viejo de papá ", prácticamente nadie puede permitirse el lujo de conservarlos y usarlos solo por razones sentimentales. Como ocurre con la mayoría de la maquinaria de composición tipográfica comercial no digital (como las máquinas Linotype ).
Elección de máquinas y tipo de control
Las máquinas de tornillo mecánicas han sido reemplazadas en cierta medida por tornos CNC (centros de torneado) y máquinas de tornillo CNC. Sin embargo, todavía suelen estar en funcionamiento, 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 se encuentra en la parte superior cuando se necesitan grandes volúmenes de producto. Un torno de motor se encuentra en la parte inferior, lo que requiere la menor cantidad de tiempo para configurar, pero la mayor cantidad de mano de obra calificada y tiempo para producir realmente una pieza. Tradicionalmente, un torno de torreta ha estado un paso por encima de un torno de motor, necesitando un 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 hasta cierto punto estos distintos niveles de producción. El centro de torneado CNC encaja de forma más apropiada en la gama media 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 motorizado. Hasta cierto punto, también, el centro de torneado CNC ha entrado en la región tradicionalmente ocupada por la máquina de tornillos (mecánica). Las máquinas de tornillo CNC hacen esto en un grado aún mayor, 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 operación por leva superen a los CNC en el tiempo de ciclo. El CNC ofrece muchos beneficios, entre ellos la integración CAD / CAM, pero el propio CNC 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 responder a la pregunta de cuál es mejor para una parte en particular en una empresa en particular. (Los gastos generales son parte del cálculo, sobre todo porque la mayoría de las máquinas de operación por cámara están pagadas hace mucho tiempo, mientras que una máquina CNC de último modelo tiene pagos mensuales considerables). Las empresas que dependen de las máquinas cam-op siguen compitiendo incluso en el entorno actual lleno de CNC; solo necesitan estar atentos y ser inteligentes para mantenerlo así.
En el segmento de husillos múltiples, algunos fabricantes de máquinas herramienta también construyen máquinas híbridas que son parte CNC y parte control de la vieja escuela (algunas estaciones son CNC mientras que otras son de leva o accionadas con ciclos hidráulicos simples). Esto permite que los talleres con ciertas combinaciones de trabajo obtengan una ventaja competitiva del menor costo en comparación con las máquinas totalmente CNC. La variedad de máquinas que permiten una producción rentable dentro de ciertos nichos refleja la variedad de trabajo que existe: algunos trabajos de alto volumen siguen siendo competencia de cam-op; CNC completo con todas las comodidades que compite en algunos trabajos flexibles de bajo volumen; y las máquinas híbridas pueden producir el precio unitario más bajo en mezclas intermedias.
Diseño
Un torno automático puede tener un solo husillo o múltiples husillos. Cada husillo contiene una barra o una pieza en bruto de material que se está mecanizando simultáneamente. Una configuración común es de seis ejes. La jaula que sostiene estas seis barras de índices de material después de que se completa cada operación de mecanizado. La indexación recuerda a una pistola Gatling .
Cada estación puede tener varias 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: se avanza una barra de material a través del husillo. La cara de la barra está mecanizada (operación de refrentado). El exterior de la barra se mecaniza para dar forma ( operación de torneado ). La barra está perforado o agujereado y, finalmente, la parte se corta (operación de separación).
En una máquina de un solo husillo, lo más probable es que estas cuatro operaciones se realicen de forma secuencial, con cuatro guías transversales, cada una de las cuales se colocará a su vez para realizar su operación. En una máquina de múltiples husillos, cada estación corresponde a una etapa en la secuencia de producción a través de la cual se cicla cada pieza, ocurriendo todas las operaciones simultáneamente, pero en diferentes piezas de trabajo, a la manera de una línea de ensamblaje .
Operaciones
Herramientas de formulario
Para el mecanizado de formas complejas, es habitual utilizar herramientas de forma . Esto contrasta con el corte que se realiza en un torno motorizado donde la herramienta de corte suele ser una herramienta de un solo punto . Una herramienta de forma tiene la forma o el 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.
Enhebrado
A diferencia de un torno, el roscado de un solo punto rara vez o nunca se realiza; requiere demasiado tiempo para los tiempos de ciclo cortos que son típicos de las máquinas de tornillo. Un cabezal de troquel de liberación automática puede cortar o enrollar roscas rápidamente en diámetros exteriores. Un portamachos sin soltar con un grifo puede cortar rápidamente los diámetros interiores, pero requiere que las máquinas de un solo husillo se inviertan a alta velocidad para que el grifo se retire del trabajo. La velocidad de roscado y roscado (baja velocidad) es típicamente 1/5 de la velocidad alta.
Brochado rotativo
El brochado rotativo es otra operación común. El soporte de la brocha está montado de forma estacionaria mientras que su eje interno vivo y la herramienta de brocha de corte final son accionados por la pieza de trabajo. A medida que la brocha se alimenta 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 de cabeza.
Historia
La historia de los tornos automáticos en contextos industriales comenzó con las máquinas de tornillo, y esa historia solo puede entenderse verdaderamente en el contexto de la fabricación de tornillos en general. Por lo tanto, la discusión a continuación comienza con una descripción general simple de la fabricación de tornillos en siglos anteriores y cómo evolucionó hacia la práctica de los siglos XIX, XX y XXI.
Los seres humanos fabricamos 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 consistían en envolver alambre alrededor de un mandril (como un palo o varilla de metal) o tallar una rama de árbol que había sido envuelta en espiral por una enredadera.
Varios elementos de la máquina que potencialmente prestaban a tornillo decisiones (tal como el torno , el tornillo de avance , el resto de deslizamiento , engranajes , restos de diapositivas orientados directamente a los husillos, y trenes de engranajes "de cambio de engranajes") fueron desarrollados durante los siglos, con algunos de aquellos 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 claramente trabajaron en el problema, como lo muestra el Libro de casas medievales del castillo de Wolfegg (escrito hacia 1475-1490), y Leonardo da Vinci y Jacques Besson nos dejaron dibujos de máquinas cortadoras de tornillos de el siglo XVI; no se sabe que se hayan construido todos estos diseños, pero es evidente que máquinas similares fueron una realidad durante la vida de Besson. Sin embargo, no fue hasta 1760-1800 que estos diversos elementos se combinaron con éxito para crear (en paralelo contemporáneo) dos nuevos tipos de máquina herramienta: el torno de corte de tornillos (para la producción de tornillos de máquina de bajo volumen, estilo sala de herramientas , con fácil selección de varios pasos) y las primeras máquinas herramienta especializadas y de un solo propósito de producción de alto volumen para la producción de tornillos, que fueron creadas para producir tornillos para madera [es decir, tornillos de metal para su uso en madera] en grandes volúmenes y precio unitario bajo . Los tornos de corte de tornillos se incorporaron a la evolución recién naciente de la práctica moderna de los talleres mecánicos , mientras que las máquinas para fabricar tornillos para madera se incorporaron a la evolución recién naciente de la industria del hardware moderno, es decir, el concepto de una fábrica que satisface las necesidades de miles de clientes, que consumían tornillos en cantidades crecientes para carpintería , ebanistería y otros oficios, pero no fabricaban el hardware ellos mismos (comprándolos en su lugar a fabricantes especializados que requieren gran cantidad de capital por un costo unitario más bajo del que podrían lograr por sí mismos). Estas dos clases de máquinas herramientas tomaron simultáneamente las diversas clases de tornillos y se trasladaron ellos, por primera vez, de la categoría de caras, objetos de poco uso, hechos a mano en la categoría de asequible, a menudo- intercambiable de los productos básicos . (La intercambiabilidad se desarrolló gradualmente , de intraempresarial a interempresarial, de nacional a internacional).
Entre 1800 y 1840, en el lado del tornillo de máquina, se convirtió en una práctica común construir todos los elementos relevantes de la máquina de corte de tornillo en tornos de motor , por lo que el término "torno de corte de tornillo" dejó de ser diferente a otros tipos de tornos para trabajar metales. como un tipo de torno "especial". Mientras tanto, en el lado de los tornillos para madera, los fabricantes de herrajes habían desarrollado para su propio uso interno la primera máquina herramienta completamente automática [mecánicamente automatizada] para fines especiales para la fabricación de tornillos. El arco de desarrollo de 1760-1840 fue un avance tecnológico tremendo, pero los 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 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 la máquina. Se abandonó el uso de un solo puntero 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 de piezas (secuencia de movimientos) del torno de torreta se automatizó al estar bajo control de leva , de una manera muy similar a cómo las cajas de música y los pianos reproductores pueden tocar una melodía automáticamente. Según Rolt (1965), la primera persona en desarrollar una máquina de este tipo fue Christopher Miner Spencer , un inventor de Nueva Inglaterra . Charles Vander Woerd puede haber 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 taller de máquinas pequeñas], como las desarrolladas por Cullen Whipple de New England Screw Company y Thomas J. Sloan de la American Screw Company, se había anticipado a las máquinas de Spencer y Vander Woerd de varias formas, aunque abordando el problema de la producción automatizada de tornillos desde un ángulo comercial diferente. Durante esta época (lógicamente, dado que eran máquinas hechas a medida para la fabricación de tornillos). La evolución de la nomenclatura mediante la cual el término "máquina de tornillo" se usa a menudo de manera más restringida que la que se discutió anteriormente .
Spencer patentó su idea en 1873; pero su patente no protegió el tambor de la leva, que Spencer llamó la "rueda del cerebro". Por lo tanto, muchas otras personas aceptaron rápidamente la idea. Posteriormente, importantes desarrolladores de tornos completamente automáticos incluyeron a SL Worsley, quien desarrolló una máquina de un solo husillo para Brown & Sharpe , Edwin C. Henn, Reinhold Hakewessel y George O. Gridley, quien desarrolló variantes de múltiples husillos y que participó en una sucesión de corporaciones (Acme, National, National-Acme, Windsor Machine Company, Acme-Gridley, New Britain-Gridley); Edward P. Bullard Jr, quien dirigió el desarrollo de Bullard Mult-Au-Matic ; FC Fay y Otto A. Schaum, que desarrollaron el torno automático Fay ; Ralph Flanders y su hermano Ernest, quienes perfeccionaron aún más el torno Fay y desarrollaron la amoladora automática de roscas. Mientras tanto, los ingenieros en Suiza también estaban desarrollando nuevos tornos controlados manual y automáticamente. Los desarrollos tecnológicos en Estados Unidos y Suiza fluyeron rápidamente a otros países industrializados (a través de rutas como las exportaciones de máquinas-herramienta ; artículos de revistas comerciales y anuncios; ferias comerciales , desde ferias mundiales hasta eventos regionales; y la rotación y emigración de ingenieros, personal técnico y operadores). Allí, los innovadores locales también desarrollaron más herramientas para las máquinas y construyeron modelos de máquinas clon.
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 a los tornos manuales y las máquinas de tornillo de leva, aunque el desplazamiento de la tecnología más antigua por CNC ha sido un arco largo y gradual que aún hoy no es un eclipse total. En la década de 1980, las verdaderas máquinas de tornillo CNC (a diferencia de los tornos CNC más simples), de estilo suizo y no suizo, habían comenzado a hacer avances serios en el ámbito de las máquinas de tornillo de leva. De manera similar, se desarrollaron mandriles CNC, que eventualmente evolucionaron incluso a máquinas de transferencia rotativas CNC . Estas máquinas herramienta son poco conocidas fuera del sector de la fabricación de automóviles.
Referencias
Bibliografía
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