Fresado (mecanizado)

En el proceso de fresado se utilizan diversos tipos de herramientas de corte. Las fresas, como las fresas frontales, pueden tener superficies de corte en toda su superficie, lo que permite perforar la pieza de trabajo (perforación por penetración). También pueden tener superficies de corte extendidas en sus laterales para facilitar el fresado periférico. Las herramientas optimizadas para el fresado frontal suelen tener fresas pequeñas únicamente en sus extremos.

Las superficies de corte de una fresa suelen estar fabricadas con un material duro y resistente a altas temperaturas, lo que reduce su desgaste . Una fresa de bajo costo puede tener superficies de acero de alta velocidad . Entre los materiales más caros, pero de menor desgaste, se encuentra 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). Estas herramientas eliminan material mediante su movimiento dentro de la máquina (por ejemplo, una fresa de punta esférica) o directamente a partir de la forma de la herramienta (por ejemplo, una herramienta de conformado como una fresa de tallado).

Cuando el material pasa por la zona de corte de una fresadora, las cuchillas de la fresa recogen virutas a intervalos regulares. Por lo tanto, las superficies cortadas por el lateral de la fresa (como en el fresado periférico) siempre presentan crestas regulares. La distancia entre las crestas y la altura de las mismas dependen de la velocidad de avance, el número de superficies de corte y el diámetro de la fresa. ^{[ 4 ]} Con una fresa estrecha y una velocidad de avance rápida, estas crestas de revolución pueden generar variaciones significativas en el acabado superficial .

El proceso de fresado frontal puede, en principio, producir superficies muy planas. Sin embargo, en la práctica, el resultado siempre muestra marcas trocoidales visibles que siguen 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 frontal de la fresa y el grado de perpendicularidad entre el eje de rotación de la fresa y la dirección de avance. A menudo se utiliza una pasada final con una velocidad de avance lenta para mejorar el acabado superficial después de que se haya eliminado la mayor parte del material. En una operación de fresado frontal de precisión, las marcas de revolución serán solo arañazos microscópicos debido a imperfecciones en el filo de corte.

El fresado en serie se refiere al uso de dos o más fresas montadas en el mismo mandril (es decir, en serie) en una configuración de fresado horizontal. Todas las fresas pueden realizar el mismo tipo de operación, o cada una puede realizar una operación diferente. Por ejemplo, si varias piezas de trabajo necesitan una ranura, una superficie plana y una ranura angular , un buen método para cortarlas (en un contexto que no sea CNC ) sería el fresado en serie. Todas las piezas terminadas serían idénticas y el tiempo de fresado por pieza se minimizaría. ^{[ 5 ]}

El fresado en serie era especialmente importante antes de la era CNC , ya que para la producción de piezas duplicadas, suponía una mejora sustancial en la eficiencia en comparación con el fresado manual de una característica en una operación, para luego cambiar de máquina (o modificar la configuración de la misma máquina) para realizar la siguiente operación. Hoy en día, las fresadoras CNC con cambio automático de herramientas y control de 4 o 5 ejes eliminan en gran medida la práctica del fresado en serie.

La orientación de la fresa es la clasificación principal de las fresadoras. Las dos configuraciones básicas son vertical y horizontal, que se refieren a la orientación del husillo giratorio sobre el que se monta la fresa. Sin embargo, existen clasificaciones alternativas según el método de control, el tamaño, la finalidad y la fuente de alimentación.

Orientación del molino

Vertical

En la fresadora vertical, el eje del husillo está orientado verticalmente. Las fresas se sujetan al husillo y giran sobre su eje. Generalmente, el husillo se puede bajar (o la mesa se puede subir, lo que produce el mismo efecto relativo de acercar o profundizar la fresa en la pieza de trabajo), lo que permite realizar cortes de penetración y taladrados. La profundidad de corte de las cuchillas se puede controlar con una tuerca de ajuste micrométrico . Existen dos subcategorías de fresadoras verticales: la fresadora de bancada y la fresadora de torreta.

• Una fresadora revólver tiene un husillo fijo y la mesa se mueve tanto perpendicular como paralelamente al eje del husillo para realizar el mecanizado. Algunas fresadoras revólver cuentan con un husillo que permite elevar y descender la fresa (o una broca) de forma similar a un taladro de columna. Esto proporciona dos métodos de mecanizado en dirección vertical (Z): elevando o descendiendo el husillo y moviendo la mesa.
• En el molino de bancada , sin embargo, la mesa se mueve únicamente de forma perpendicular al eje del husillo, mientras que el husillo mismo se mueve en paralelo a su propio eje.

En general, algunos consideran que los molinos de torreta son el diseño más versátil de los dos.

También existe un tercer tipo, una máquina más ligera y versátil, llamada fresadora-taladro. La fresadora-taladro es muy similar a la fresadora vertical y bastante popular en la industria ligera y entre los aficionados. Su configuración básica es parecida a la de un taladro de columna muy pesado, pero está equipada con una mesa XY y una columna mucho más grande. Además, suelen utilizar motores más potentes que un taladro de columna de tamaño comparable; la mayoría son de varias velocidades con transmisión por correa, y algunos modelos incorporan un cabezal con engranajes o control electrónico de velocidad. Generalmente, cuentan con rodamientos de husillo de alta resistencia para soportar la carga lateral que se genera durante la operación de fresado. Una fresadora-taladro también suele elevar y descender todo el cabezal, incluido el motor, a menudo sobre una columna vertical con cola de milano (a veces redonda con cremallera y piñón). Asimismo, dispone de un husillo grande que generalmente se bloquea durante las operaciones de fresado y se libera para facilitar las funciones de perforación. Otras diferencias que distinguen una fresadora-taladro de un taladro de columna pueden ser un ajuste de precisión 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 de toda la columna vertical y el conjunto del cabezal motorizado para permitir el corte-taladro en ángulo. Aparte del tamaño, la principal diferencia entre estas máquinas más ligeras y las fresadoras verticales más grandes es que la mesa XY está a una altura fija; el eje Z se controla moviendo el cabezal o husillo hacia abajo, hacia la mesa X,Y. Una fresadora-taladro suele tener un acoplamiento cónico interno en el husillo para alojar un portapinzas, fresas frontales o un mandril Jacobs similar al de la fresadora vertical.

Horizontal

Una fresadora horizontal tiene la misma estructura corta, pero las fresas están montadas en un husillo horizontal, o mandril, situado transversalmente a la mesa. Muchas fresadoras horizontales también incorporan una mesa giratoria que permite fresar en diversos ángulos; esta característica se denomina mesa universal . Si bien las fresas de extremo y otros tipos de herramientas disponibles para una fresadora vertical pueden utilizarse en una fresadora horizontal, su verdadera ventaja reside en las fresas montadas en mandril, denominadas fresas laterales y frontales, que tienen una sección transversal similar a la de una sierra circular, pero generalmente son más anchas y de menor diámetro. Debido a que las fresas cuentan con un buen soporte del mandril y tienen una sección transversal mayor que una fresa de extremo, se pueden realizar cortes bastante profundos, lo que permite una rápida remoción de material. Estas se utilizan para fresar ranuras y hendiduras. Las fresas planas se utilizan para dar forma a superficies planas. Se pueden agrupar varias fresas en el mandril para fresar formas complejas de ranuras y planos. Las fresas especiales también pueden cortar ranuras, biseles, radios o cualquier sección deseada. Estas fresas especiales suelen ser costosas. Las fresadoras simples tienen un husillo, mientras que las fresadoras dúplex tienen dos. Además, es más fácil mecanizar engranajes en una fresadora 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, facilitando el fresado de elementos en espiral, como engranajes hipoides .

Universal

Una fresadora universal es aquella que puede equiparse con un husillo horizontal o vertical. Este último a veces se encuentra sobre una torreta de dos ejes, lo que permite orientar el husillo en cualquier dirección. Ambas opciones pueden accionarse de forma independiente o mediante un único motor con engranajes. En ambos casos, dado que la pieza de trabajo generalmente se coloca en la misma posición para ambos tipos de operación, el mecanismo correspondiente al método que no se utiliza se aparta. En las máquinas más pequeñas, las piezas de repuesto pueden retirarse, mientras que las máquinas más grandes ofrecen un sistema para retraer las piezas que no se utilizan.

Méritos comparativos

La elección entre la orientación vertical y horizontal del husillo en el diseño de fresadoras generalmente depende de la forma y el tamaño de la pieza de trabajo y del número de caras de la pieza que se requieren mecanizar. El trabajo en el que el movimiento axial del husillo es normal a un plano, con una fresa frontal como herramienta de corte, se presta a una fresadora vertical, donde el operador puede colocarse frente a la máquina y tener fácil acceso a la acción de corte mirándola desde arriba. Por lo tanto, las fresadoras verticales son las más preferidas para el trabajo de embutición (mecanizado de un molde en un bloque de metal). ^{[ 6 ]} Las piezas de trabajo más pesadas y largas se prestan a ser colocadas en la mesa de una fresadora horizontal.

Antes de la llegada del control numérico , las fresadoras horizontales fueron las primeras en evolucionar, ya que se desarrollaron colocando mesas de fresado bajo cabezales similares a los de un torno. Las fresadoras verticales aparecieron en décadas posteriores, y los accesorios, como cabezales adicionales para convertir fresadoras horizontales en verticales (y posteriormente viceversa), se han utilizado comúnmente. Incluso en la era del CNC , una pieza pesada que requiere mecanizado en múltiples caras se presta a un centro de mecanizado horizontal, mientras que el mecanizado por embutición se presta a uno vertical.

Variantes

• Fresadora de bancada : Se refiere a cualquier fresadora cuyo husillo está montado sobre un brazo colgante que se mueve hacia arriba y hacia abajo para dirigir la herramienta de corte hacia la pieza de trabajo, mientras que la mesa se apoya sobre una bancada robusta que descansa en el suelo. Generalmente, son más rígidas que las fresadoras de rodilla. Las fresadoras de pórtico también pueden incluirse en esta categoría.
• Fresadora de caja o de columna. Fresadoras de sobremesa muy básicas para aficionados que cuentan con un cabezal que se desplaza hacia arriba y hacia abajo sobre una columna o guía de caja.
• Fresadora de bastidor en C: Estas son fresadoras industriales de mayor tamaño. Cuentan con una rodilla y un cabezal de husillo fijo que solo se mueve verticalmente. Suelen ser mucho más potentes que una fresadora de torreta, ya que incorporan un motor hidráulico independiente para avances hidráulicos integrados en todas las direcciones y un motor de veinte a cincuenta caballos de fuerza. Los eliminadores de holgura son casi siempre equipo estándar. Utilizan herramientas grandes NMTB 40 o 50. Las mesas de las fresadoras de bastidor en C suelen tener 18" x 68" o más, para permitir el mecanizado simultáneo de varias piezas.
• Fresadora de piso: Estas fresadoras cuentan con una fila de mesas giratorias y un husillo horizontal colgante montado sobre un conjunto de rieles que corren paralelos a la fila de mesas. La mayoría de estas fresadoras se han convertido a control CNC , pero aún se pueden encontrar algunas (si es que se encuentra una máquina usada disponible) con control manual. El carro del husillo se mueve a cada mesa individual, realiza las operaciones de mecanizado y se mueve a la siguiente mesa mientras la mesa anterior se prepara para la siguiente operación. A diferencia de otras fresadoras, las fresadoras de piso tienen unidades de piso móviles. Una grúa baja enormes mesas giratorias, mesas XY, etc., a la posición para el mecanizado, lo que permite operaciones de fresado personalizadas grandes y complejas.
• Fresadora de pórtico: El cabezal de fresado se desplaza sobre dos rieles (generalmente ejes de acero) situados a cada lado de la superficie de trabajo. Debido a su diseño, suele ocupar muy poco espacio en comparación con el recorrido de la máquina. Como desventaja, no suelen ser tan rígidas como, por ejemplo, las fresadoras de bastidor en C.
• Fresadora horizontal de bancada grande y precisa que incorpora muchas características de diversas máquinas herramienta. Se utilizan principalmente para crear plantillas de fabricación de gran tamaño o para modificar piezas grandes de alta precisión. Tienen un recorrido del husillo de varios pies (generalmente entre cuatro y seis pies) y muchas están equipadas con un contrapunto para realizar operaciones de mandrinado muy largas sin perder precisión a medida que aumenta la profundidad del mandrinado. Una bancada típica tiene recorrido en X e Y y mide entre tres y cuatro pies cuadrados con una mesa giratoria o un rectángulo más grande sin mesa. El panel de control suele proporcionar entre cuatro y ocho pies de movimiento vertical. Algunas fresadoras tienen un cabezal de refrentado integral grande (30" o más). Hay disponibles mesas giratorias de ángulo recto y accesorios de fresado vertical para mayor flexibilidad.
• Fresadoras verticales tipo jig. Estas fresadoras están diseñadas para taladrar agujeros y realizar fresados ​​de ranuras o frontales muy ligeros. Suelen ser fresadoras de bancada con un husillo de largo recorrido. La bancada es más precisa y los volantes están graduados hasta 0,0001" para una colocación precisa de los agujeros.
• Una fresadora de rodilla o de columna y rodilla se refiere a cualquier fresadora cuya mesa xy se desplaza verticalmente a lo largo de la columna mediante una rodilla ajustable. Esto incluye las fresadoras Bridgeport.
• Fresadora tipo cepilladora (Plano Milling): Fresadoras de gran tamaño construidas con la misma configuración que las cepilladoras , pero con un husillo de fresado en lugar de un cabezal de cepillado. Este término está quedando obsoleto, ya que las cepilladoras son prácticamente cosa del pasado.
• Fresadora de ariete: Este término se refiere a cualquier fresadora con un cabezal de corte montado sobre un ariete deslizante. El husillo puede orientarse vertical u horizontalmente. En la práctica, la mayoría de las fresadoras con ariete también permiten el giro, independientemente de si se denomina montaje tipo torreta. La configuración Bridgeport se clasifica como una fresadora de ariete con cabezal vertical. Van Norman Machine Tool Company se especializó en fresadoras de ariete durante la mayor parte del siglo XX. Desde la amplia difusión de las máquinas CNC , las fresadoras de ariete aún se fabrican con la configuración Bridgeport (con control manual o CNC ), pero las variantes menos comunes (como las fabricadas por Van Norman, Index y otras) han desaparecido, y su función ahora la realizan fresadoras tipo Bridgeport o centros de mecanizado.
• Fresadora de torreta. Más comúnmente conocida como fresadora tipo Bridgeport. El husillo se puede alinear en muchas posiciones diferentes, lo que la convierte en una máquina muy versátil, aunque algo menos rígida.

Los tornos están disponibles con accesorios de fresado del fabricante y del mercado de repuestos. ^{[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]} Los fabricantes de tornos publican instrucciones para el fresado. ^{[ 12 ] [ 13 ]} De forma similar a una fresadora, una pinza en el cono del husillo (posiblemente reducida/adaptada al tamaño de la serie de pinzas) sujeta la herramienta, y la pieza de trabajo se sujeta mediante el accesorio de fresado. El carro actúa entonces como la rodilla en una fresadora, y el bloqueo del carro se aprieta para asegurar el eje Z.

La mayoría de las fresadoras CNC (también llamadas centros de mecanizado ) son fresadoras verticales controladas por ordenador con capacidad para mover el husillo verticalmente a lo largo del eje Z. Este grado de libertad adicional permite su uso en el mecanizado por penetración, el grabado y el trabajo con superficies 2.5D , como las esculturas en relieve . Al combinarse con el uso de herramientas cónicas o una fresa de punta esférica , mejora significativamente la precisión del fresado sin afectar la velocidad, ofreciendo una alternativa rentable a la mayoría de los trabajos de grabado manual en superficies planas .

Las máquinas CNC pueden existir en prácticamente cualquier forma de maquinaria manual, como las fresadoras horizontales. Las fresadoras CNC más avanzadas, las multieje , añaden dos ejes más a los tres ejes normales (XYZ). Las fresadoras horizontales también tienen un eje C o Q, que permite la rotación de la pieza montada horizontalmente, lo que posibilita el torneado asimétrico y excéntrico . El quinto eje (eje B) controla la inclinación de la herramienta. Cuando todos estos ejes se utilizan conjuntamente, se pueden crear geometrías extremadamente complejas, incluso geometrías orgánicas como una cabeza humana, con relativa facilidad. Sin embargo, la habilidad para programar dichas geometrías está fuera del alcance de la mayoría de los operarios. Por lo tanto, las fresadoras de 5 ejes casi siempre se programan con CAM .

El sistema operativo de estas máquinas es un sistema de bucle cerrado y funciona mediante retroalimentación. Estas máquinas se han desarrollado a partir de las máquinas NC (control numérico) básicas. Una versión computarizada de las máquinas NC se conoce como máquina CNC. Se utiliza un conjunto de instrucciones (llamado programa) para guiar la máquina en las operaciones deseadas. Existen más de 100 códigos G y M diferentes. ^{[ 14 ]} Algunos códigos muy comunes que se utilizan en el programa son:

• G00 – travesía rápida
• G01 – interpolación lineal de la herramienta
• G02 - arco circular en sentido horario (cw)
• G03 - arco circular en sentido antihorario (ccw)
• G20 - dimensiones en pulgadas
• G21 – dimensiones en mm
• G28 - regreso al punto de referencia
• G40 - Cancelación de compensación de herramientas
• G41 - Compensación de herramientas restante
• G42 - Derecho de compensación de herramientas
• G43 - Compensación de la longitud de la herramienta
• G54 - Seleccionar sistema de coordenadas n.° 1
• M03 – arranque del husillo (en sentido horario)
• M04 – arranque del husillo (en sentido antihorario)
• M05 - tope del husillo
• M06 - cambio de herramienta
• M08 - refrigerante en
• M09 - refrigerante desactivado
• M30 – Fin del programa

También se utilizan otros códigos. Una máquina CNC es operada por un solo técnico llamado programador. Esta máquina es capaz de realizar diversas operaciones de forma automática y económica.

Debido al descenso del precio de los ordenadores y del software CNC de código abierto , el precio de entrada a las máquinas CNC se ha desplomado.

Los accesorios y herramientas de corte utilizados en las máquinas herramienta (incluidas las fresadoras) se denominan colectivamente « herramientas». Existe un alto grado de estandarización en las herramientas utilizadas con fresadoras CNC, y un grado menor 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 sujetan en diversas 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 de brida en V, son las más antiguas y probablemente las más comunes en 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 gama de tamaños designados como CAT-30, CAT-40, CAT-50, etc. El número se refiere al tamaño de cono de la herramienta según la Asociación para la Tecnología de Fabricación (anteriormente Asociación Nacional de Fabricantes de Máquinas Herramienta (NMTB)) .

Una mejora respecto a las herramientas CAT es la herramienta Bridgeport Taper (BT), que tiene un aspecto similar y puede confundirse fácilmente con las herramientas CAT. Al igual que las herramientas CAT, las herramientas BT están disponibles en varios tamaños y utilizan el mismo cono NMTB. Sin embargo, las herramientas BT son simétricas 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 utilizan rosca imperial, mientras que las herramientas BT utilizan rosca métrica. Cabe destacar que esto solo afecta al perno de tracción; no afecta a la herramienta que pueden sujetar. 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 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 encuentra dentro del cuerpo (hueco) de la herramienta y, a medida que aumenta la velocidad del husillo, se expande, sujetando la herramienta con mayor firmeza. Este tipo de herramienta no tiene pasador de tracción.

En el caso de las fresadoras manuales, la estandarización es menor debido a la mayor diversidad de estándares que antes competían entre sí. Las fresadoras manuales más nuevas y de mayor tamaño suelen utilizar herramientas NMTB. Estas herramientas son similares a las CAT, pero requieren una barra de tracción dentro de la fresadora. Además, existen varias variaciones en las herramientas NMTB que dificultan su intercambiabilidad. Cuanto más antigua es una máquina, mayor es la diversidad de estándares que pueden aplicarse (por ejemplo, Morse , Jarno , Brown & Sharpe , Van Norman y otros conos específicos de fabricantes menos comunes). Sin embargo, dos estándares que han tenido un uso especialmente extendido son el Morse n.° 2 y el R8, cuya prevalencia se debió a la popularidad de las fresadoras fabricadas 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 utilizaban un cono Morse n.° 2, y a partir de 1965 aproximadamente, la mayoría utilizaba un cono R8.

Existen muchas herramientas de corte para fresadoras, incluyendo fresas, fresas de ranurado, fresas de engranajes, fresas de extremo, etc. ^{[ 15 ]}

• Soporte para árboles
• Bloque de parada
• Cabezal indexador

En este enfoque, el movimiento de la herramienta es unidireccional. Las trayectorias en zigzag y zig son ejemplos de trayectorias lineales.

En este enfoque, el movimiento de la herramienta es multidireccional. Un ejemplo de trayectoria de herramienta no lineal es la trayectoria paralela al contorno.

Las fresadoras evolucionaron a partir de la práctica del limado rotatorio, es decir, el uso de una fresa circular con dientes similares a los de una lima en el cabezal de un torno . El limado rotatorio y, posteriormente, el fresado propiamente dicho, se desarrollaron para reducir el tiempo y el esfuerzo dedicados al limado manual. Es posible que nunca se conozca la historia completa del desarrollo de las fresadoras, ya que gran parte de su 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, es evidente que la denominación de este nuevo tipo de mecanizado con el término "fresado" fue una extensión de los sentidos anteriores de esa palabra, que se referían al procesamiento de materiales mediante algún tipo de abrasión (corte, rectificado, trituración, etc.). El limado rotatorio precedió con creces al fresado. Una lima rotatoria de Jacques de Vaucanson , de alrededor de 1760, es bien conocida. ^{[ 23 ] [ 24 ]}

En 1783, Samuel Rehe inventó una fresadora. ^{[ 25 ]} En 1795, Eli Terry comenzó a utilizar una fresadora en Plymouth, Connecticut, para la producción de relojes de pie. Con su fresadora, Terry fue el primero en lograr piezas intercambiables en la industria relojera. El fresado de piezas de madera era eficiente para la producción de piezas intercambiables, pero ineficiente para obtener altos rendimientos. El fresado de piezas de madera en bruto resultaba en un bajo rendimiento porque la cuchilla única de la máquina causaba la pérdida de dientes de engranaje cuando la fresa chocaba con las vetas paralelas de la madera. Terry inventó posteriormente una máquina de corte de husillo para la producción en masa de piezas 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. ^{[ 26 ]}

Es evidente que las fresadoras, como clase distinta de máquina herramienta (separada de los tornos que utilizan limas rotativas), aparecieron por primera vez entre 1814 y 1818. Los centros del desarrollo inicial de las fresadoras propiamente dichas fueron dos arsenales federales de los EE. UU. ( Springfield y Harpers Ferry ), junto con los diversos arsenales privados y contratistas internos que compartían con ellos la rotación de trabajadores cualificados. Entre 1912 y 1916, Joseph W. Roe , un respetado pionero en la historia de las máquinas herramienta, atribuyó a Eli Whitney (uno de los fabricantes de armas privados mencionados anteriormente) la creación de la primera fresadora propiamente dicha. ^{[ 27 ] [ 28 ]} En 1918, la consideraba «probablemente la primera fresadora jamás construida, sin duda la más antigua que aún existe […]». ^{[ 29 ]} Sin embargo, estudiosos posteriores, entre ellos Robert S. Woodbury ^{[ 30 ]} y otros, ^{[ 31 ]} han mejorado la versión inicial de Roe sobre la historia y sugieren que tanto mérito —de hecho, probablemente más— corresponde a otros inventores, como Robert Johnson de Middletown, Connecticut ; el capitán John H. Hall de la armería de Harpers Ferry; Simeon North de la fábrica de Staddle Hill en Middletown; Roswell Lee de la armería de Springfield; y Thomas Blanchard . (A varios de los hombres mencionados anteriormente se les describe a veces en internet como «el inventor de la primera fresadora» o «el inventor de las piezas intercambiables». Estas afirmaciones son una simplificación excesiva, ya que estas tecnologías evolucionaron con el tiempo entre muchas personas).

Peter Baida, ^{[ 31 ]} citando el artículo de Edward A. Battison «Eli Whitney y la fresadora», publicado en el Smithsonian Journal of History en 1966, ejemplifica la refutación de la imagen de « Gran Hombre » de Whitney por parte de los historiadores de la tecnología que trabajaron en las décadas de 1950 y 1960. Cita a Battison, quien concluye que «No hay evidencia de que Whitney desarrollara o utilizara una verdadera fresadora». Baida afirma: «La llamada máquina de 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. ^{[ 31 ]}

Los últimos años de la década de 1810 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 ) estaban desarrollando la cepilladora , ^{[ 32 ]} y al igual que con la fresadora, el trabajo que se realizaba en varios talleres no estaba documentado por varias razones (en parte debido al secreto de propiedad y también simplemente porque nadie estaba tomando registros para la posteridad).

James Nasmyth construyó una fresadora muy avanzada para su época entre 1829 y 1831. ^{[ 33 ]} Estaba equipada para fresar los seis lados de una tuerca hexagonal que estaba montada en un dispositivo indexador 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 método de posicionamiento vertical superior al de las máquinas anteriores. Por ejemplo, la máquina de Whitney (la que Roe consideraba la primera) y otras no permitían el desplazamiento vertical de la articulación. Evidentemente, la premisa del flujo de trabajo era que la máquina se configuraría con calces, mordaza, etc., para un diseño de pieza específico, y las piezas sucesivas no requerirían ajuste vertical (o, como mucho, solo necesitarían calces). Esto indica que la concepción inicial de las fresadoras se centraba en la producción y no en el trabajo de taller .

En aquellos primeros años, el fresado se consideraba a menudo solo una operación de desbaste, seguida de un acabado con lima manual. La idea de reducir el limado manual era más importante que la de sustituirlo .

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 se dedicaron a desarrollar lo último en tornos revólver . La experiencia de Howe en Gay & Silver en la década de 1840 le permitió familiarizarse con las primeras versiones de ambas máquinas herramienta. Sus diseños de máquinas herramienta se fabricaron posteriormente en Robbins & Lawrence , Providence Tool Company y Brown & Sharpe ). El diseño de fresadora más exitoso que surgió durante esta época fue elLincoln Miller , que más que una marca y modelo específico de máquina herramienta es en realidad una familia de herramientas fabricadas por varias compañías sobre una configuración común a lo largo de varias décadas. Tomó su nombre de la primera compañía que la comercializó, George S. Lincoln & Company (anteriormente Phoenix Iron Works), cuya primera unidad se construyó en 1855 para laarmería Colt . ^{[ 34 ]}

Durante esta época, persistía una carencia en el diseño de fresadoras, ya que varios diseñadores no lograron desarrollar un método verdaderamente sencillo y eficaz para el desplazamiento de la corredera en los tres ejes de fresado tradicionales (X, Y y Z, o como se les conocía antiguamente, longitudinal, transversal y vertical). Las ideas para el posicionamiento vertical eran inexistentes o estaban poco desarrolladas. El husillo de la fresadora Lincoln podía subirse y bajarse, pero la idea original de su posicionamiento era fijarlo en posición y luego ponerlo en marcha, en lugar de moverlo con frecuencia durante el funcionamiento. Al igual que un torno revólver, era una máquina de producción repetitiva, donde cada ajuste, que requería habilidad, iba seguido de una operación extensa que requería poca habilidad.

En 1861, Frederick W. Howe, mientras trabajaba para la Providence Tool Company, solicitó a Joseph R. Brown, de Brown & Sharpe, una solución al problema del fresado de espirales, como las ranuras de las brocas helicoidales. Estas se limaban generalmente a mano en aquel entonces. ^{[ 35 ]} ( El cepillado helicoidal existía, pero no era común). Brown diseñó una "fresadora universal" que, desde su primera venta en marzo de 1862, tuvo un éxito rotundo. Resolvió el problema del desplazamiento en 3 ejes (es decir, los ejes que ahora llamamos XYZ) de una manera mucho más elegante que en el pasado, y permitió el fresado de espirales mediante un cabezal indexador que se alimentaba en coordinación con el avance de la mesa. El término "universal" se le aplicó porque estaba preparada para cualquier tipo de trabajo, incluido el trabajo de taller de herramientas, y no tenía las mismas limitaciones de aplicación que los diseños anteriores. (Howe había diseñado un "molinero universal" en 1852, pero el de Brown de 1861 es el que se considera un éxito revolucionario). ^{[ 35 ]}

Brown también desarrolló y patentó (1864) el diseño de fresas formadas en las que los afilados sucesivos de los dientes no alteran la geometría de la forma. ^{[ 24 ]}

Los avances de la década de 1860 abrieron las compuertas e impulsaron las prácticas modernas de molienda.

En estas décadas, Brown & Sharpe y la Cincinnati Milling Machine Company dominaron el sector de las fresadoras en Estados Unidos. Sin embargo, cientos de otras empresas también fabricaban fresadoras en aquella época, y muchas fueron importantes en diversos aspectos. Además de una amplia variedad de máquinas de producción especializadas, la fresadora multipropósito arquetípica de finales del siglo XIX y principios del XX era un robusto diseño de husillo horizontal con columna y rodilla, con avances de mesa motorizados, cabezal indexable y un resistente brazo superior para soportar el eje. La evolución del diseño de las máquinas fue impulsada no solo por el espíritu inventivo, sino también por la constante evolución de las fresas, que alcanzó hitos tras hitos desde 1860 hasta la Primera Guerra Mundial . ^{[ 36 ] [ 37 ]}

Hacia el final de la Primera Guerra Mundial, el control de las máquinas herramienta avanzó de diversas maneras que sentaron las bases para la tecnología CNC posterior. La mandrinadora de plantillas popularizó las ideas de dimensionamiento por coordenadas (acotación de todas las ubicaciones en la pieza a partir de un único punto de referencia); Trabajar rutinariamente en décimas (diez milésimas de pulgada, 0,0001") era una capacidad de máquina cotidiana; 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 se aplicó a las fresadoras trazadoras Keller para el embutido de matrices mediante la copia tridimensional de una plantilla. Esto hizo que el embutido de matrices fuera más rápido y fácil justo cuando la demanda de matrices era mayor que nunca, y fue muy útil para matrices de acero grandes como las que se usaban para estampar láminas en la fabricación de automóviles. Dichas máquinas traducían los movimientos del trazador a la entrada para los servomotores que accionaban los husillos de avance o el sistema hidráulico de la máquina. También impulsaron el desarrollo de tuercas de husillo de avance antibalanceo . Todos los conceptos anteriores eran nuevos en la década de 1920, pero se convirtieron en rutina en la era NC/CNC. Para la década de 1930, existían fresadoras increíblemente grandes y avanzadas, como la Cincinnati Hydro-Tel, que anticiparon las fresadoras CNC actuales en todos los aspectos, excepto en el control CNC en sí.

Para 1940, la automatización mediante levas, como en las máquinas de tornillos y mandriles automáticos , ya llevaba décadas muy desarrollada. Desde la década de 1930, las ideas relacionadas con los servomecanismos habían estado presentes, pero fue especialmente durante y justo después de la Segunda Guerra Mundial cuando comenzaron a germinar (véase también Control numérico > Historia ). Pronto se combinaron con la tecnología emergente de las computadoras digitales . Este entorno de desarrollo tecnológico, que abarcó desde el período inmediatamente anterior a la Segunda Guerra Mundial hasta la década de 1950, fue impulsado por el gasto militar destinado a los avances contemporáneos en la dirección de artillería de cañones y cohetes y en la guía de misiles , otras aplicaciones en las que los humanos deseaban controlar la cinemática / dinámica de grandes máquinas de forma rápida, precisa y automática. Probablemente, el gasto suficiente en I+D no se habría producido solo en la industria de las máquinas herramienta; pero fue para estas últimas aplicaciones donde existía la voluntad y la capacidad de inversión. Una vez que se puso en marcha el desarrollo, 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 fase de desarrollo propia de un laboratorio. La primera máquina herramienta de control numérico fue una fresadora Cincinnati Hydrotel adaptada con una unidad de control numérico de fabricación propia. Su desarrollo se publicó en Scientific American ^{[ 39 ]} , al igual que otra fresadora revolucionaria, la Brown & Sharpe Universal, 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 a 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 principalmente trabajo aeroespacial al nivel de corporaciones medianas y una amplia variedad de productos. El drástico avance del control de máquinas herramienta NC y CNC transformó profundamente la cultura de la fabricación. ^{[ 40 ]} Los detalles (que están fuera 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 ha tenido un gran impacto en este desarrollo. A finales de la década de 1980, los pequeños talleres mecánicos ya contaban con computadoras de escritorio y máquinas herramienta CNC. Poco después, aficionados, artistas y diseñadores comenzaron a adquirir fresadoras y tornos CNC. Los fabricantes han empezado a producir máquinas CNC económicas, lo suficientemente pequeñas como para colocarlas sobre un escritorio, capaces de cortar con alta resolución materiales más blandos que el acero inoxidable. Se pueden usar para fabricar desde joyería y placas de circuitos impresos hasta piezas de armas e incluso obras de arte.

• Hounshell, David A. (1984), Del sistema estadounidense a la producción en masa, 1800-1932: El desarrollo de la tecnología de fabricación en los Estados Unidos , Baltimore, Maryland: Johns Hopkins University Press , ISBN 978-0-8018-2975-8, LCCN 83016269 , OCLC 1104810110  
• Rolt, LTC (1965), Breve historia de las máquinas herramienta , Cambridge, Massachusetts, EE. UU.: MIT Press, OCLC 250074 Coedición publicada como Rolt, LTC (1965), Tools for the Job: a Short History of Machine Tools , Londres: BT Batsford, LCCN 65080822 .