torno automático

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 la tecnología 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». ^{[ 3 ]}

El CNC aún no ha reemplazado por completo a los tornos automatizados mecánicamente, ya que, aunque ya no se fabrican, muchos tornos automatizados mecánicamente siguen en funcionamiento. ^{[ 4 ]}

El término «torno automático» todavía se usa con frecuencia en la industria manufacturera en su sentido original, refiriéndose a tornos automatizados que no son de control numérico computarizado (CNC) . Los primeros tornos automáticos eran mecánicos y se controlaban mediante levas , trazadores y pantógrafos . Por lo tanto, antes de la automatización electrónica mediante control numérico , el término «automático» en «máquina herramienta automática» siempre se refería implícitamente a la automatización mecánica .

Los primeros tornos automatizados mecánicamente fueron tornos geométricos , incluidos los tornos de roseta . En contextos industriales durante la Era de la Máquina , el término "torno automático" se refería a máquinas de tornear y mandriles mecánicos.

Desde la consolidación de la tecnología CNC, la dicotomía implícita entre "manual y automático" persiste, pero debido a su omnipresencia, el término "automático" ha perdido parte de su capacidad de distinción. Todas las máquinas herramienta CNC son automáticas, pero en la industria del mecanizado no se suele utilizar ese término. Cuando se emplea, el término "automático" a menudo se refiere implícitamente a máquinas accionadas por levas. Por lo tanto, un torno CNC de dos ejes no se denomina "torno automático", incluso si está completamente automatizado.

Los tornos automáticos de leva de tamaño pequeño a mediano se denominan generalmente máquinas de tornillo o máquinas de tornillo automáticas . Estas máquinas trabajan con piezas que (a modo de referencia) tienen hasta 80 milímetros (3,1 pulgadas) de diámetro y 300 milímetros (12 pulgadas) de longitud. Las máquinas de tornillo casi siempre trabajan con barras , lo que significa que una barra pasa a través del husillo y se sujeta con el mandril (generalmente un mandril de pinza ). A medida que se mecaniza la pieza, toda la longitud de la barra gira con el husillo. Cuando la pieza está terminada, se separa de la barra, se libera el mandril, se avanza la barra y se cierra el mandril, listo para el siguiente ciclo. La alimentación de la barra puede realizarse mediante varios métodos, incluyendo herramientas de tracción que sujetan la barra y tiran de ella, o alimentación por rodillos que empuja la barra desde atrás.  

Los tornos automáticos de mayor tamaño accionados por levas suelen denominarse tornos automáticos de mandriles , tornos automáticos, mandriles automáticos o mandriles . El término «mandril» proviene de que las piezas de trabajo son piezas individuales en bruto, sujetas en un contenedor llamado «cargador», y cada una se sujeta y mecaniza por turnos. (Esto es análogo a cómo cada cartucho en el cargador de una pistola semiautomática se introduce en la recámara por turnos). Las piezas en bruto son forjas o fundiciones individuales, o bien piezas precortadas de lingotes . Sin embargo, algunos miembros de esta familia de máquinas herramienta mecanizan barras o trabajan en centros (por ejemplo, el torno automático Fay ). En lo que respecta a las barras de gran diámetro (por ejemplo, 150 milímetros (5,9 pulgadas) o más), es meramente una cuestión académica si se denomina «mecanizado de tornillos» o simplemente «mecanizado automático». 

Las máquinas de tornear, que pertenecen a la clase de tornos automáticos para piezas de tamaño pequeño a mediano, se utilizan en la fabricación en serie de una gran variedad de componentes torneados. Durante el proceso de torneado suizo, la pieza de trabajo se apoya en un casquillo guía, cerca de la herramienta de corte. ^{[ 5 ]}

En lo que respecta a la definición habitual del término "máquina de tornillos" , todas las máquinas de tornillos están completamente automatizadas, ya sea mecánicamente (mediante levas) o mediante control numérico computarizado ( CNC ). Esto significa que, una vez configuradas y puestas en marcha, continúan funcionando y produciendo piezas con mínima intervención humana. La automatización mecánica surgió primero, a partir de la década de 1870; el control computarizado (primero mediante control numérico y luego mediante CNC) llegó más tarde, a partir de la década de 1950.

El nombre «máquina de tornillos» es en cierto modo una metonimia , ya que estas máquinas pueden fabricar piezas distintas a los tornillos o que no tienen rosca . Sin embargo, el uso arquetípico por el que se denominaron así era la fabricación de tornillos.

El término «máquina de tornillos» se ha redefinido con el avance de la tecnología. Cualquier uso del término anterior a la década de 1840, si es que se produjo, se habría referido ad hoc a cualquier máquina herramienta utilizada para producir tornillos. Es decir, no habría habido una diferenciación establecida con el término «torno de roscar» . Cuando se desarrollaron los tornos revólver en la década de 1840, el término «máquina de tornillos» se aplicó a ellos en un uso superpuesto con el término «torno revólver ». En 1860, cuando algunos de los movimientos, como el indexado de la torreta, se automatizaron mecánicamente, se aplicó el término «máquina de tornillos automática », y el término «máquina de tornillos manual» o «máquina de tornillos de mano» se aplicó retronónimamente a las máquinas anteriores. En 15 años, todo el ciclo de corte de piezas se había automatizado mecánicamente, y las máquinas del tipo de 1860 se denominaron retronónimamente « semiautomáticas» . A partir de entonces, las máquinas con ciclos totalmente automatizados se denominaban generalmente máquinas de tornillo automáticas y, finalmente, en el uso común de la mayoría de las personas en la industria del mecanizado, el término máquina de tornillo dejó de utilizarse para referirse a los tornos revólver manuales o semiautomáticos, reservándose para una clase específica de máquinas: las totalmente automatizadas mecánicamente. Este significado restringido de máquina de tornillo se mantuvo estable desde aproximadamente la década de 1890 hasta la de 1950. ( Brown & Sharpe continuó denominando a algunos de sus modelos de torno revólver manuales como "máquinas de tornillo", pero la mayoría de los maquinistas reservaban el término para las automáticas). Dentro de esta clase de máquinas de tornillo existían variaciones, como las de un solo husillo frente a las de múltiples husillos, las de torreta horizontal frente a las de torreta vertical, etc.

Con la llegada del control numérico (CNC), las máquinas de tornillos se dividieron en dos clases: mecánicas y CNC. Esta distinción se mantiene hoy en día con las máquinas de tornillos mecánicas y las máquinas de tornillos CNC . Sin embargo, en la jerga de taller, el término " máquina de tornillos" por sí solo se suele entender como una máquina de tornillos mecánica, por lo que el retrónimo " máquina de tornillos mecánica" no se usa de forma consistente.

Una máquina de mandrinar automática es similar a una máquina de tornillos automática; ambas utilizan husillos en la producción. El uso de husillos, que pueden taladrar, perforar y cortar la pieza de trabajo, permite varias funciones simultáneamente en ambas máquinas. Una diferencia clave entre las máquinas es que la máquina de mandrinar automática maneja piezas de mayor tamaño, que debido a su tamaño son más a menudo piezas de mandrinar y menos a menudo piezas de barras. ^{[ 6 ]} El torno automático Fay era una variante que se especializaba en el torneado de piezas en puntos . Mientras que una máquina de tornillos está limitada a una práctica de alrededor de 80 milímetros (3,1 pulgadas) , existen máquinas de mandrinar automáticas que pueden manejar mandriles de hasta 300 milímetros (12 pulgadas) . Los mandriles son neumáticos . Muchas de estas máquinas son multihusillo (más de un husillo principal).  

Entre las marcas más 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 multihusillo) y Thomas Ryder and Son .

Las mandrinadoras automáticas son un tipo de máquina herramienta especializada en nichos industriales específicos, como los proveedores de piezas OEM para la industria automotriz . Su nicho económico se limita a la producción en grandes volúmenes de piezas grandes, lo que suele ocurrir solo en relativamente pocas empresas (en comparación con los trabajos más pequeños que pueden realizar las pequeñas empresas). El mercado de estas máquinas herramienta generalmente no incluye talleres locales ni talleres de matricería .

Los mandriles accionados por leva están desapareciendo más rápido que la mayoría de las demás clases de máquinas herramienta no CNC. Esto se debe a que las pocas empresas que los poseen tienden a verse obligadas a adaptarse continuamente a lo último en tecnología (hoy en día todo CNC) para competir y sobrevivir. Los mandriles accionados por leva tienen más probabilidades de ser desechados que otros tipos de máquinas herramienta no CNC. A diferencia del " torno South Bend del abuelo " o la "vieja fresadora de rodilla Bridgeport de papá", prácticamente nadie puede permitirse conservarlos y usarlos solo por razones sentimentales. Al igual que ocurre con la mayoría de la maquinaria comercial de composición tipográfica no digital (como las máquinas Linotype ).

Las máquinas de tornear mecánicas han sido sustituidas en cierta medida por tornos CNC (centros de torneado) y máquinas de tornear CNC. Sin embargo, todavía se utilizan con frecuencia, y para la producción en grandes volúmenes de componentes torneados, sigue siendo cierto que nada resulta tan rentable como una máquina de tornear mecánica.

En la jerarquía de las máquinas de fabricación, la máquina de tornillos se sitúa en la cima cuando se requieren grandes volúmenes de producción. El torno convencional se encuentra en la base, requiriendo el menor tiempo de configuración, pero la mano de obra más especializada y el mayor tiempo para producir una pieza. El torno revólver se ha ubicado tradicionalmente un escalón por encima del torno convencional, necesitando mayor tiempo de configuración, pero con capacidad para producir un mayor volumen de producto y, por lo general, requiriendo un operario menos cualificado una vez finalizado el proceso de configuración. Las máquinas de tornillos pueden requerir una configuración compleja, pero una vez en funcionamiento, un solo operario puede supervisar el funcionamiento de varias máquinas.

La llegada del torno CNC (o, más propiamente, del centro de torneado CNC) ha difuminado en cierta medida estos distintos niveles de producción. El centro de torneado CNC se sitúa de forma más apropiada en el rango medio de producción, sustituyendo al torno revólver. Sin embargo, a menudo es posible producir un solo componente con un centro de torneado CNC más rápidamente que con un torno convencional. En cierta medida, el centro de torneado CNC también ha incursionado en el segmento tradicionalmente ocupado por la máquina de tornillos (mecánica). Las máquinas de tornillos CNC lo hacen en mayor medida, pero son costosas. En algunos casos son vitales, mientras que en otros una máquina mecánica puede igualar o superar el rendimiento y la rentabilidad generales. No es raro que los tornos automáticos con control por leva superen a los CNC en tiempo de ciclo. ^{[ 4 ]} El CNC ofrece muchas ventajas, entre ellas la integración CAD/CAM , pero el CNC en sí mismo no suele proporcionar 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 la mejor opción para una pieza en particular en una empresa en particular. ( Los gastos generales forman parte del cálculo, sobre todo porque la mayoría de las máquinas de operación por leva ya están pagadas, mientras que una máquina CNC de última generación tiene cuotas mensuales elevadas). Las empresas que dependen de máquinas de operación por leva siguen siendo competitivas incluso en el entorno actual dominado por las máquinas CNC; simplemente deben ser vigilantes e inteligentes para mantener esa competitividad. ^{[ 4 ]}

En el segmento de husillos múltiples, algunos fabricantes de máquinas herramienta también construyen máquinas híbridas que combinan control CNC y control tradicional (algunas estaciones son CNC, mientras que otras son de operación por leva o accionadas con ciclos hidráulicos simples). Esto permite a los talleres con ciertas combinaciones de trabajo obtener una ventaja competitiva gracias al menor costo 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 trabajo existente: algunos trabajos de alto volumen siguen siendo dominio de la operación por leva; las máquinas CNC completas con todas las funciones superan a la competencia en algunos trabajos flexibles de bajo volumen; y las máquinas híbridas pueden ofrecer el precio unitario más bajo en combinaciones intermedias.

Un torno automático puede tener uno o varios husillos. Cada husillo contiene una barra o pieza en bruto que se mecaniza simultáneamente. Una configuración común es de seis husillos. La jaula que sostiene estas seis barras de material se desplaza automáticamente después de cada operación de mecanizado. Este desplazamiento recuerda al de una ametralladora Gatling .

Cada estación puede tener varias herramientas que cortan el material en secuencia. Las herramientas suelen estar dispuestas en varios ejes, como el de la torreta (indexación rotativa), el de la corredera horizontal (indexación lineal) y el de la corredera vertical (indexación lineal). Los grupos lineales se denominan «grupos». El funcionamiento de todas estas herramientas es similar al de un torno revólver.

Por ejemplo: una barra de material se introduce en el husillo. La cara de la barra se mecaniza (refrentado). La parte exterior de la barra se mecaniza para darle forma ( torneado ). La barra se taladra o perfora y, finalmente, la pieza se corta (tronzado).

En una máquina de un solo husillo, estas cuatro operaciones se realizarían probablemente de forma secuencial, con cuatro carros transversales que se posicionarían sucesivamente para llevar a cabo su función. En una máquina de múltiples husillos, cada estación corresponde a una etapa de la secuencia de producción, por la que pasa cada pieza, realizándose todas las operaciones simultáneamente, pero en piezas diferentes, a modo de cadena de montaje .

La historia de los tornos automáticos en contextos industriales comenzó con las máquinas de tornillos, y dicha historia solo puede comprenderse plenamente dentro del contexto de la fabricación de tornillos en general. Por lo tanto, el análisis que sigue comienza con una breve descripción general de la fabricación de tornillos en siglos anteriores y su evolución hasta convertirse en la práctica de los siglos XIX, XX y XXI.

Los humanos fabrican tornillos desde la antigüedad. Durante la mayor parte de esos siglos, la fabricación de tornillos generalmente implicaba el tallado manual de las roscas de cada tornillo (mediante tallado o limado ). Otros métodos antiguos consistían en enrollar alambre alrededor de un mandril (como un palo o una varilla de metal) o tallar una rama de árbol que había sido enrollada en espiral por una enredadera.

A lo largo de los siglos se desarrollaron diversos elementos de máquinas que potencialmente se prestaban a la fabricación de tornillos (como el torno , el husillo , el carro deslizante , los engranajes , los carros deslizantes engranados directamente a los husillos y los trenes de engranajes de "cambio de marchas"), algunos de los cuales eran bastante antiguos. Diversos destellos 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 posterior. Por ejemplo, varios inventores medievales cuyos nombres se han perdido en la historia trabajaron claramente en el problema, como lo demuestra el Libro de la Casa Medieval del Castillo de Wolfegg (escrito alrededor de 1475-1490), ^{[ 8 ]} y Leonardo da Vinci y Jacques Besson nos dejaron dibujos de máquinas de roscar del siglo XVI; ^{[ 8 ]} no se sabe que todos estos diseños se hayan construido, pero claramente 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 roscador (para la producción de tornillos de máquina de bajo volumen, al estilo de un taller de herramientas , con fácil selección de varios pasos) y las primeras máquinas herramienta especializadas de alto volumen y de un solo propósito para la producción de tornillos, que se crearon para producir tornillos para madera [es decir, tornillos hechos de metal para usar en madera] en gran volumen y bajo precio unitario . Los tornos roscadores contribuyeron a la incipiente evolución de la práctica moderna de taller mecánico , mientras que las máquinas para fabricar tornillos para madera contribuyeron a la incipiente evolución de la industria moderna de ferretería, es decir, el concepto de una fábrica que abastece las necesidades de miles de clientes, que consumían tornillos en cantidades crecientes para carpintería , ebanistería y otros oficios, pero no fabricaban la ferretería ellos mismos (comprándola en cambio a fabricantes especializados con gran inversión de capital a un costo unitario más bajo del que podrían lograr por sí mismos). Estas dos clases de máquinas herramienta tomaron simultáneamente las distintas clases de tornillos y las trasladaron, por primera vez, de la categoría de objetos caros, hechos a mano y poco usados ​​a la categoría de productos asequibles y frecuentemente intercambiables . (La intercambiabilidad se desarrolló gradualmente(desde intracompañía hasta intercompañía, nacional e internacional).

Entre 1800 y 1840, en el ámbito de los tornillos para máquinas, se generalizó la práctica de integrar todos los elementos relevantes de la máquina de roscado en tornos mecánicos , por lo que el término «torno de roscado» dejó de distinguirse de otros tipos de tornos para trabajar metales como un tipo «especial». Mientras tanto, en el ámbito de los tornillos para madera, los fabricantes de herrajes habían desarrollado para su propio uso interno las primeras máquinas herramienta totalmente automáticas [automatizadas mecánicamente] de propósito especial para la fabricación de tornillos. ^{[ 10 ]} El arco de desarrollo de 1760 a 1840 representó un tremendo avance tecnológico, pero los avances posteriores harían que los tornillos fueran aún más baratos y comunes. Estos comenzaron en la década de 1840 con la adaptación del torno mecánico con un portaherramientas de torreta para crear el torno de torreta . Este desarrollo redujo considerablemente el tiempo, el esfuerzo y la habilidad necesarios del operario para producir cada tornillo. Se abandonó el mecanizado de un solo punto en favor del mecanizado con troquel para la producción repetitiva de volumen medio y alto. Luego, en la década de 1870, el ciclo de corte de piezas del torno revólver (secuencia de movimientos) se automatizó al ser controlado por levas , de forma muy similar a como las cajas de música y los pianos automáticos reproducen una melodía. Según Rolt (1965), ^{[ 11 ]} la primera persona en desarrollar una máquina de este tipo fue Christopher Miner Spencer , un inventor de Nueva Inglaterra . Charles Vander Woerd pudo haber inventado de forma contemporánea e independiente 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 de propósito especial 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 habían 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 para roscar; tornos mecánicos y tornos de banco debidamente equipados; tornos revólver; máquinas de tornillos derivadas de tornos revólver; y máquinas de tornillos para fábricas de tornillos para madera) a veces se denominaban "máquinas de tornillos" durante esta época (lógicamente, dado que eran máquinas diseñadas para la fabricación de tornillos). La evolución nomenclatural por la cual el término "máquina de tornillos" se usa a menudo de forma más restringida se analiza más arriba .

Spencer patentó su idea en 1873; pero su patente no protegió el tambor de leva, que Spencer llamó la "rueda cerebral". ^{[ 11 ]} Por lo tanto, muchas otras personas rápidamente adoptaron la idea. Entre los desarrolladores posteriores importantes de tornos totalmente automáticos se encuentran SL Worsley, quien desarrolló una máquina de un solo husillo para Brown & Sharpe , ^{[ 11 ]} Edwin C. Henn, Reinhold Hakewessel y George O. Gridley, quienes desarrollaron variantes de husillos múltiples y que estuvieron involucrados 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, ingenieros en Suiza también desarrollaban nuevos tornos de control manual y automático. Los avances tecnológicos en Estados Unidos y Suiza se extendieron rápidamente a otros países industrializados (a través de rutas como las exportaciones de máquinas herramienta ; artículos y anuncios en revistas especializadas ; ferias comerciales , desde exposiciones mundiales hasta eventos regionales; y la rotación y emigración de ingenieros, técnicos de montaje y operarios). Allí, los innovadores locales también desarrollaron más herramientas para las máquinas y construyeron modelos de máquinas clonadas.

El desarrollo del control numérico supuso el siguiente gran salto en la historia de los tornos automáticos, y también fue lo que cambió el paradigma de la distinción entre "manual y automático". A partir de la década de 1950, los tornos NC comenzaron a reemplazar a los tornos manuales y a las máquinas de tornillos de leva, aunque el desplazamiento de la tecnología antigua por el CNC ha sido un proceso largo y gradual que, incluso hoy en día, no ha llegado a su fin. En la década de 1980, las verdaderas máquinas de tornillos CNC (a diferencia de los tornos CNC más sencillos), tanto de estilo suizo como de otras marcas, comenzaron a ganar terreno en el ámbito de las máquinas de tornillos de leva. De forma similar, se desarrollaron mandriles CNC, que con el tiempo evolucionaron hasta convertirse en máquinas de transferencia rotativa CNC . Estas máquinas herramienta son poco conocidas fuera del sector de la fabricación de automóviles.

• torno universal

• Museo Americano de Precisión (1982), "Edward P. Bullard (1872–1953)" , Salón de la Fama de la Máquina Herramienta , Museo Americano de Precisión, archivado del original el 7 de agosto de 2010 , consultado el 29 de noviembre de 2010.
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• Roe, Joseph Wickham (1916), Fabricantes de herramientas ingleses y estadounidenses , New Haven, Connecticut: Yale University Press, LCCN 16011753 Reimpreso por McGraw-Hill, Nueva York y Londres, 1926 ( LCCN 27-24075 ); y por Lindsay Publications, Inc., Bradley, Illinois ( ISBN  978-0-917914-73-7).
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• 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 .
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• Smid, Peter (2008), Manual de programación CNC (3.ª  ed.), Nueva York: Industrial Press, ISBN 9780831133474, LCCN 2007045901 . 

• Vídeo de YouTube que muestra una máquina de tornillos con sistema de leva de 1965 en funcionamiento.
• Vídeo de YouTube que muestra otra máquina de tornillos con sistema de operación por leva.