Torno de metal

El cabezal (H1) aloja el husillo principal (H4) , el mecanismo de cambio de velocidad (H2, H3) y los engranajes de cambio (H10) . El cabezal debe ser lo más robusto posible debido a las fuerzas de corte involucradas, que pueden deformar una carcasa de construcción ligera e inducir vibraciones armónicas que se transmitirán a la pieza de trabajo, reduciendo la calidad de la pieza terminada.

El husillo principal suele ser hueco para permitir que las barras largas se extiendan hasta el área de trabajo. Esto reduce la preparación y el desperdicio de material. El husillo gira sobre cojinetes de precisión y está equipado con algún medio para fijar dispositivos de sujeción de piezas, como mandriles o platos de sujeción . Este extremo del husillo también suele tener un cono incluido , frecuentemente un cono Morse , para permitir la inserción de conos tubulares huecos (estándar Morse) para reducir el tamaño del orificio cónico y permitir el uso de centros . En las máquinas más antiguas (de los años 50), el husillo era accionado directamente por una polea de correa plana, con velocidades más bajas disponibles mediante la manipulación del engranaje principal. Las máquinas más recientes utilizan una caja de engranajes accionada por un motor eléctrico específico. Un cabezal totalmente engranado permite al operador seleccionar las velocidades adecuadas directamente a través de la caja de engranajes.

La bancada es una base robusta que se conecta al cabezal y permite que el carro y el contrapunto se muevan paralelamente al eje del husillo. Esto se facilita mediante guías de bancada endurecidas y rectificadas que mantienen el carro y el contrapunto en una trayectoria fija. El carro se desplaza mediante un sistema de cremallera y piñón . El husillo de avance , de paso preciso, acciona el carro que sujeta la herramienta de corte a través de una caja de engranajes accionada desde el cabezal.

Entre los tipos de bancadas se incluyen las bancadas en "V" invertida, las bancadas planas y las bancadas combinadas en "V" y planas. Las bancadas en "V" y las combinadas se utilizan para trabajos de precisión y ligeros, mientras que las bancadas planas se utilizan para trabajos pesados.

Al instalar un torno, el primer paso es nivelarlo , lo que implica asegurarse de que la bancada no esté torcida ni curvada. No es necesario que la máquina esté perfectamente horizontal, pero debe estar completamente recta para lograr una geometría de corte precisa. Un nivel de precisión es una herramienta útil para identificar y corregir cualquier torsión. También es recomendable usar un nivel a lo largo de la bancada para detectar curvaturas, en el caso de un torno con más de cuatro puntos de fijación. En ambos casos, el nivel se utiliza como comparador, no como referencia absoluta.

El husillo de avance (H8) es un eje de transmisión largo que permite que una serie de engranajes accionen los mecanismos del carro. Estos engranajes se encuentran en el delantal del carro. Tanto el husillo de avance como el husillo de avance (H7) son accionados por los engranajes de cambio (en el cuadrante) o por una caja de engranajes intermedia conocida como caja de engranajes de cambio rápido (H6) o caja de engranajes Norton . Estos engranajes intermedios permiten ajustar la relación y la dirección correctas para el corte de roscas o engranajes helicoidales . Entre el husillo y el tren de engranajes se encuentran engranajes de tambor (accionados por H5 ), junto con una placa de cuadrante que permite introducir un tren de engranajes con la relación y la dirección correctas. Esto proporciona una relación constante entre el número de vueltas del husillo y el número de vueltas del husillo de avance. Esta relación permite cortar roscas en la pieza de trabajo sin necesidad de una matriz .

Algunos tornos tienen un único husillo que cumple todas las funciones de movimiento del carro. Para el roscado, se acopla una media tuerca que es accionada por la rosca del husillo; y para el avance general, una chaveta se acopla a una ranura mecanizada en el husillo para accionar un piñón a lo largo de una cremallera montada en la bancada del torno.

El husillo se fabricará según estándares imperiales o métricos y requerirá la introducción de una relación de conversión para crear roscas de una familia diferente. Para convertir con precisión de una rosca a otra se necesita un engranaje de 127 dientes; en tornos que no tengan el tamaño suficiente para montarlo, se puede usar una aproximación. Se pueden usar múltiplos de 3 y 7, que dan una relación de 63:1, para cortar roscas relativamente sueltas. Esta relación de conversión suele estar integrada en las cajas de engranajes de cambio rápido .

La relación precisa necesaria para convertir un torno con un husillo de avance imperial (pulgadas) a rosca métrica (milímetros) es 100 / 127 = 0,7874... . La mejor aproximación con el menor número total de dientes es muy a menudo 37 / 47 = 0,7872... . Esta transposición da un error constante de -0,020 por ciento en todos los pasos métricos habituales y de modelismo (0,25, 0,30, 0,35, 0,40, 0,45, 0,50, 0,60, 0,70, 0,75, 0,80, 1,00, 1,25, 1,50, 1,75, 2,00, 2,50, 3,00, 3,50, 4,00, 4,50, 5,00, 5,50 y 6,00  mm).

En su forma más simple, el carro sujeta la herramienta y la mueve longitudinalmente (girando) o perpendicularmente (frontando) bajo el control del operador. El operador mueve el carro manualmente mediante el volante (5a) o automáticamente acoplando el eje de avance con el mecanismo de avance del carro (5c) . Esto facilita el trabajo del operador, ya que el movimiento del carro se realiza con asistencia eléctrica. Los volantes (2a, 3b, 5a) del carro y sus guías están generalmente calibrados, tanto para facilitar su uso como para ayudar a realizar cortes reproducibles. El carro normalmente consta de una pieza superior, conocida como silla de montar (4) , y una pieza lateral, conocida como delantal (5) .

El contrapunto es un soporte para herramientas (brocas) y centros, opuesto al cabezal. El husillo (T5) no gira, pero se desplaza longitudinalmente mediante un husillo y un volante (T1) . El husillo incluye un cono para sujetar brocas, centros y otras herramientas . El contrapunto se puede posicionar a lo largo de la bancada y fijar (T6) según lo requiera la pieza de trabajo. También se puede desplazar el contrapunto (T4) respecto al eje del husillo, lo cual resulta útil para tornear conos pequeños y para realinear el contrapunto con el eje de la bancada.

La imagen muestra una caja reductora (T2) entre el volante y el husillo, donde las brocas de gran tamaño pueden requerir mayor palanca. La broca suele estar fabricada en acero rápido (HSS), acero al cobalto o carburo.

Las piezas largas a menudo necesitan soporte en el centro, ya que las herramientas de corte pueden empujar (doblar) la pieza lejos de donde los centros pueden sostenerla, debido a que el corte de metal produce fuerzas tremendas que tienden a vibrar o incluso doblar la pieza. Este soporte adicional puede proporcionarse mediante un soporte fijo ( también llamado soporte de centro o, a veces, de forma confusa, soporte de centro ) . Este soporte permanece fijo sobre un montaje rígido en la bancada y sostiene la pieza en el centro del soporte, generalmente con tres puntos de contacto separados 120°. Un soporte de seguimiento (también llamado soporte de seguimiento o soporte móvil ) es similar, pero está montado en el carro en lugar de en la bancada, lo que significa que a medida que la herramienta se mueve, el soporte de seguimiento la sigue (porque ambos están conectados rígidamente al mismo carro móvil). ^{[ 3 ] [ 4 ]}

Los apoyos de seguimiento proporcionan soporte que contrarresta directamente la fuerza elástica de la herramienta, justo en la zona de la pieza que se está mecanizando en cada momento. En este sentido, son análogos a una herramienta de caja . Cualquier apoyo transfiere algunos errores geométricos de la pieza desde la base ( superficie de apoyo ) a la superficie de mecanizado. Esto depende del diseño del apoyo. Para minimizar la transferencia de errores , se utilizan apoyos correctores . Los rodillos de apoyo suelen generar errores geométricos adicionales en la superficie de mecanizado.

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  Un descanso constante
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  Un seguidor descansa
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  Soporte corrector para rectificado o torneado de precisión
• Vídeo de corrección del trabajo de descanso

Los términos torno de bancada , torno de motor y torno de sobremesa se refieren a un tipo básico de torno que puede considerarse la clase arquetípica de torno para trabajar metales, la más utilizada por el maquinista o aficionado al mecanizado. El nombre torno de sobremesa implica una versión de esta clase lo suficientemente pequeña como para montarse en un banco de trabajo (pero aun así completa y más grande que los minitornos o microtornos ). La construcción de un torno de bancada se detalla más arriba, pero dependiendo del año de fabricación, el tamaño, el rango de precio o las características deseadas, incluso estos tornos pueden variar considerablemente entre modelos.

El torno mecánico es el nombre que se le da a un torno tradicional de finales del siglo XIX o principios del XX con alimentación automática a la herramienta de corte, a diferencia de los primeros tornos que se usaban con herramientas manuales o los tornos con alimentación manual únicamente. El término "motor" se usa aquí en el sentido de dispositivo mecánico, no en el de motor primario, como en las máquinas de vapor que fueron la fuente de energía industrial estándar durante muchos años. La fábrica contaba con una gran máquina de vapor que proporcionaba energía a todas las máquinas mediante un sistema de transmisión por correa. Por lo tanto, los primeros tornos mecánicos eran generalmente de "cabezal cónico", ya que el husillo solía tener acoplada una polea de varios pasos llamada polea cónica, diseñada para aceptar una correa plana. Se podían obtener diferentes velocidades del husillo moviendo la correa plana a diferentes pasos en la polea cónica. Los tornos de cabezal cónico generalmente tenían un eje intermedio ( eje auxiliar ) en la parte posterior del cono que podía acoplarse para proporcionar un conjunto de velocidades más bajas que las que se podían obtener con la transmisión directa por correa. Estos engranajes se denominaban engranajes reductores . Los tornos más grandes a veces tenían engranajes reductores de dos velocidades que podían cambiarse para proporcionar un conjunto de velocidades aún más bajas.

Cuando los motores eléctricos comenzaron a popularizarse a principios del siglo XX, muchos tornos de cabezal cónico se adaptaron a la energía eléctrica. Al mismo tiempo, la tecnología de engranajes y rodamientos avanzaba a tal punto que los fabricantes comenzaron a producir cabezales totalmente engranados, utilizando cajas de engranajes análogas a las transmisiones de los automóviles para obtener diversas velocidades de husillo y avances, transmitiendo la mayor potencia necesaria para aprovechar al máximo las herramientas de acero de alta velocidad . Las herramientas de corte evolucionaron una vez más con la introducción de los carburos sintéticos, que se generalizaron en la industria en la década de 1970. Los primeros carburos se fijaban a los portaherramientas mediante soldadura fuerte en un alojamiento mecanizado. Diseños posteriores permitieron puntas reemplazables y multifacéticas, lo que posibilitó su reutilización. Los carburos toleran velocidades de mecanizado mucho mayores sin desgaste. Esto ha conllevado una reducción de los tiempos de mecanizado y, por lo tanto, un aumento de la producción. La demanda de tornos más rápidos y potentes marcó la dirección del desarrollo de los tornos.

La disponibilidad de componentes electrónicos económicos ha vuelto a cambiar la forma de controlar la velocidad, permitiendo una velocidad del motor continuamente variable desde la máxima hasta prácticamente cero revoluciones por minuto. Esto ya se había intentado a finales del siglo XIX, pero no resultó satisfactorio en aquel momento. Las mejoras posteriores en los circuitos eléctricos lo han hecho viable de nuevo.

Un torno para taller de herramientas es un torno optimizado para trabajos de taller . Esencialmente, es un torno de bancada de alta gama , con todas las mejores características opcionales que pueden omitirse en modelos menos costosos, como un sistema de cierre de pinza, un accesorio cónico, entre otros. La bancada de un torno para taller de herramientas suele ser más ancha que la de un torno de bancada estándar. A lo largo de los años, también se ha observado una tendencia hacia el ensamblaje selectivo y el ajuste adicional, con el máximo cuidado en la construcción de un modelo para taller de herramientas para lograr la versión más suave y precisa de la máquina posible. Sin embargo, dentro de una misma marca, la diferencia de calidad entre un modelo estándar y su correspondiente modelo para taller de herramientas depende del fabricante y, en algunos casos, se debe en parte a la psicología del marketing. Para los fabricantes de máquinas herramienta de marcas reconocidas que solo fabricaban herramientas de alta calidad, no necesariamente existía una falta de calidad en el producto base que el "modelo de lujo" pudiera mejorar. En otros casos, especialmente al comparar diferentes marcas, la diferencia de calidad entre (1) un torno de bancada básico diseñado para competir en precio y (2) un torno de taller diseñado para competir únicamente en calidad y no en precio, puede demostrarse objetivamente midiendo la resistencia interna total (TIR), la vibración, etc. En cualquier caso, debido a su amplia gama de opciones y a su mayor calidad (real o implícita), los tornos de taller son más caros que los tornos de bancada básicos.

Los tornos revólver y los tornos de torreta pertenecen a una clase de tornos que se utilizan para la producción repetitiva de piezas duplicadas (que, por la naturaleza de su proceso de corte, suelen ser intercambiables ). Evolucionaron a partir de tornos anteriores con la adición de la torreta , que es un portaherramientas indexable que permite realizar múltiples operaciones de corte, cada una con una herramienta de corte diferente, de forma fácil y rápida, sin necesidad de que el operario realice tareas de configuración intermedias (como instalar o desinstalar herramientas) ni controle la trayectoria de la herramienta. (Esto último se debe a que la trayectoria de la herramienta es controlada por la máquina, ya sea de forma similar a una plantilla mediante los límites mecánicos impuestos por el carro y los topes de la torreta, o mediante servomecanismos controlados por ordenador en tornos CNC ). ^{[ 5 ]}

Existe una enorme variedad de diseños de tornos revólver y tornos de torreta, lo que refleja la diversidad de trabajos que realizan.

Un torno multiherramienta es aquel que tiene una hilera de herramientas montadas en su carro transversal, que es largo y plano, similar a la mesa de una fresadora . La idea es esencialmente la misma que en los tornos revólver: configurar varias herramientas y luego cambiar fácilmente entre ellas para cada ciclo de mecanizado. En lugar de ser rotatorio como en un torno revólver, el grupo de herramientas indexables es lineal.

Los tornos multihusillo cuentan con más de un husillo y control automatizado (ya sea mediante levas o CNC). Son máquinas de producción especializadas en la fabricación de alto volumen. Los modelos más pequeños se conocen como tornos de tornillo , mientras que los más grandes se denominan tornos de mandril automático o simplemente tornos de mandril . Los tornos de tornillo suelen trabajar con barras de material, mientras que los tornos de mandril automático sujetan automáticamente piezas individuales desde un cargador. El tamaño mínimo de lote de producción rentable en un torno de tornillo suele ser de miles de piezas debido al largo tiempo de preparación. Una vez configurado, un torno de tornillo puede producir miles de piezas de forma rápida y eficiente, con alta precisión, bajo tiempo de ciclo y mínima intervención humana. (Estos dos últimos aspectos reducen el coste unitario por pieza intercambiable considerablemente en comparación con lo que se podría lograr sin estas máquinas).

Los tornos de control numérico computarizado (CNC) están reemplazando rápidamente a los tornos de producción más antiguos (multihusillo, etc.) debido a su facilidad de configuración, operación, repetibilidad y precisión. Un torno CNC es una máquina controlada por computadora. Permite realizar operaciones básicas de mecanizado, como torneado y taladrado, como en un torno convencional. Están diseñados para usar herramientas modernas de carburo y procesos modernos. La pieza se puede diseñar y las trayectorias de la herramienta se pueden programar mediante el proceso CAD/CAM o manualmente por el programador, y el archivo resultante se carga en la máquina. Una vez configurada y probada, la máquina continuará produciendo piezas bajo la supervisión ocasional de un operador.

La máquina se controla electrónicamente mediante una interfaz de menú de computadora. El programa se puede modificar y visualizar en la máquina, junto con una simulación del proceso. El operario requiere un alto nivel de habilidad para realizar el proceso. Sin embargo, la base de conocimientos es más amplia en comparación con las máquinas de producción antiguas, donde se consideraba esencial un conocimiento profundo de cada máquina. Estas máquinas suelen ser configuradas y operadas por la misma persona, quien supervisa un pequeño grupo de máquinas (celda).

El diseño de un torno CNC varía según el fabricante, pero todos comparten algunos elementos comunes. La torreta aloja los portaherramientas y los indexa según sea necesario, el husillo sujeta la pieza de trabajo y existen guías que permiten el movimiento simultáneo de la torreta en múltiples ejes. Estas máquinas suelen estar completamente cerradas, principalmente por motivos de seguridad y salud laboral .

Debido al rápido crecimiento de este sector, los distintos fabricantes de tornos CNC utilizan diferentes interfaces de usuario, lo que a veces dificulta el trabajo de los operarios, ya que deben familiarizarse con ellas. Con la llegada de ordenadores económicos, sistemas operativos gratuitos como Linux y software CNC de código abierto , el precio de entrada a las máquinas CNC se ha desplomado.

Un torno de estilo suizo es un diseño específico que proporciona una precisión extrema (a veces con tolerancias de tan solo unas décimas de milésima de pulgada, es decir, unos pocos micrómetros ). Este tipo de torno sujeta la pieza de trabajo mediante una pinza y un casquillo guía . La pinza se sitúa detrás del casquillo guía, y las herramientas se colocan delante de este, manteniéndose fijas en el eje Z. Para realizar el corte longitudinal, las herramientas se mueven hacia adelante y el material se desplaza hacia adelante y hacia atrás a lo largo del eje Z. Esto permite que todo el trabajo se realice en la zona del material cercana al casquillo guía, donde es más rígido, lo que los hace ideales para trabajar con piezas delgadas, ya que la pieza se sujeta firmemente con mínimas posibilidades de deflexión o vibración. Este tipo de torno se utiliza habitualmente bajo control CNC.

La mayoría de los tornos CNC de estilo suizo actuales utilizan uno o dos husillos principales, además de uno o dos husillos secundarios. El husillo principal se utiliza con el casquillo guía para las operaciones de mecanizado principales. El husillo secundario se ubica detrás de la pieza, alineado con el eje Z. En su funcionamiento básico, recoge la pieza a medida que se corta y la acepta para operaciones posteriores, para luego expulsarla a un contenedor, eliminando la necesidad de que un operario cambie manualmente cada pieza, como suele ocurrir con los centros de torneado CNC estándar. Esto los hace muy eficientes, ya que estas máquinas son capaces de ciclos rápidos, produciendo piezas simples en un solo ciclo (es decir, sin necesidad de una segunda máquina para terminar la pieza con operaciones posteriores), en tan solo 10-15 segundos. Esto los hace ideales para grandes series de producción de piezas de pequeño diámetro.

Un torno combinado , a menudo conocido como máquina 3 en 1 , incorpora operaciones de taladrado o fresado en su diseño. Estas máquinas cuentan con una columna de fresado que se eleva sobre la bancada y utilizan el carro y la corredera superior como ejes X e Y. El nombre 3 en 1 proviene de la idea de combinar un torno, una fresadora y un taladro en una sola máquina herramienta asequible. Estas máquinas son exclusivas para aficionados y el mercado de mantenimiento, reparación y operaciones (MRO) , ya que inevitablemente implican ciertas limitaciones en tamaño, características, rigidez y precisión para mantener un precio accesible. Sin embargo, satisfacen bastante bien las necesidades de su nicho de mercado y, con el tiempo y la habilidad necesarios, son capaces de alcanzar una alta precisión. Se pueden encontrar en pequeñas empresas no especializadas en maquinaria, donde ocasionalmente se requiere el mecanizado de piezas pequeñas, especialmente cuando las tolerancias exigentes de las costosas máquinas de taller, además de ser inasequibles, resultarían excesivas para la aplicación desde una perspectiva de ingeniería.

Los minitornos y microtornos son versiones en miniatura de un torno de bancada de uso general (torno mecánico). Por lo general, solo permiten trabajar con piezas de 76 a 178 mm ( 3 a 7 pulgadas ) de diámetro (es decir, de 38 a 89 mm ( 1,5 a 3,5 pulgadas ) de radio). Son tornos pequeños y asequibles para talleres domésticos o de mantenimiento, reparación y operaciones (MRO). Estas máquinas presentan las mismas ventajas y desventajas que las máquinas 3 en 1 , tal como se explicó anteriormente .    

Como se observa en otros casos de la ortografía inglesa, existe variación en el estilo de los prefijos en los nombres de estas máquinas. Se escriben alternativamente como mini lathe , minilathe y mini-lathe , y como micro lathe , microlathe y micro-lathe .

Un torno especializado para la tarea de reacondicionar tambores y discos de freno en talleres de automóviles o camiones.

Los tornos para ruedas son máquinas que se utilizan para fabricar y reacondicionar las ruedas del material rodante ferroviario . Cuando las ruedas se desgastan o se dañan por un uso excesivo, esta herramienta se puede utilizar para volver a mecanizarlas y reacondicionarlas. Existen varios tipos de tornos para ruedas, incluyendo modelos bajo el piso para reacondicionar ruedas que aún están unidas al vagón, modelos portátiles que se transportan fácilmente para reparaciones de emergencia y versiones CNC que utilizan sistemas operativos basados ​​en computadora para completar la reparación de la rueda. ^{[ 6 ]}

Un torno para piezas de gran diámetro, aunque cortas, construido sobre un hueco en el suelo para alojar la parte inferior de la pieza, permitiendo así que el soporte de herramientas quede a la altura de la cintura del tornero. Un ejemplo se exhibe en el Museo de Ciencias de Londres, en Kensington.

Para piezas de mayor diámetro y mayor peso, como recipientes a presión o motores marinos, el torno se gira para que adopte la forma de una plataforma giratoria sobre la que se colocan las piezas. Esta orientación resulta menos cómoda para el operario, pero facilita la sujeción de piezas grandes. En los tornos de mayor tamaño, la plataforma giratoria se instala a ras del suelo, con el cabezal empotrado debajo, para facilitar la carga y descarga de las piezas.

Debido a que el acceso del operario no supone un problema importante para ellas, las máquinas de torneado vertical CNC son más populares que los tornos verticales manuales.

Tornos especializados para el mecanizado de piezas largas, como segmentos de tuberías de perforación. Los tornos utilizados en la industria petrolera están equipados con husillos huecos de gran diámetro, un segundo mandril en el lado opuesto del cabezal y, con frecuencia, lunetas externas para sujetar piezas largas.

Un alimentador de barras introduce una sola barra en la máquina de corte. A medida que se mecaniza cada pieza, la herramienta de corte realiza un corte final para separar la pieza de la barra, y el alimentador continúa introduciendo la barra para la siguiente pieza, lo que permite el funcionamiento continuo de la máquina. Existen dos tipos de alimentadores de barras utilizados en el mecanizado de tornos: los alimentadores hidrodinámicos, que colocan la barra en una serie de canales mientras la sujetan por la parte superior e inferior, y los alimentadores hidrostáticos, que la mantienen en un tubo de alimentación mediante aceite a presión. ^{[ 7 ]}

Un cargador de barras es una variante del concepto de alimentador de barras, ya que se pueden introducir varias piezas de material en barra en una tolva, y el cargador alimenta cada pieza según sea necesario.