¿Cómo se fabricaron las primeras máquinas herramienta antes de su invención?
La industria artesanal de fábrica está relativamente atrasada, pero ha capacitado y creado a muchos artesanos. Aunque no son expertos en la fabricación de máquinas herramienta, pueden fabricar diversas herramientas manuales, como cuchillos. , sierras y agujas, taladrado, ahusamiento, rectificado, así como ejes, manguitos, engranajes, bancadas, etc. Las máquinas herramienta se ensamblan realmente a partir de estas piezas.
Cuando se trata de mandrinadoras, tenemos que hablar de Leonardo da Vinci. Esta figura legendaria pudo haber sido el diseñador de la primera máquina perforadora para trabajar metales. Diseñó máquinas perforadoras accionadas por agua o pedales, en las que la herramienta perforadora giraba contra la pieza de trabajo mientras ésta se fijaba sobre una mesa móvil impulsada por una grúa. En 1540, otro artista utilizó los mismos dibujos de la máquina perforadora para crear una pintura al óleo de "Métodos de fuego" que luego se utilizó para completar las piezas huecas.
En el siglo XVII, debido a las necesidades militares, la industria de fabricación de cañones se desarrolló rápidamente y cómo fabricar cañones de cañón se convirtió en un problema importante que la gente necesitaba resolver con urgencia.
En 1775, Wilkinson inventó la primera verdadera máquina perforadora del mundo. De hecho, para ser precisos, la máquina perforadora de Wilkinson era una taladradora capaz de mecanizar cañones con precisión. Era una barra perforadora cilíndrica hueca montada sobre cojinetes en ambos extremos.
Nacido en Estados Unidos en 1728, Wilkinson se mudó a Staffordshire a la edad de 20 años y construyó el primer horno de hierro de Bilston. En 1775, a la edad de 47 años, Wilkinson trabajaba en la fábrica de su padre hasta que creó una nueva máquina que podía perforar los cañones de los cañones con una precisión poco común. Curiosamente, cuando Wilkinson murió en 1808, fue enterrado en un ataúd de hierro fundido diseñado por él mismo.
Sin embargo, aunque el invento de Wilkinson no fue patentado, sí fue copiado e instalado. En 1802, Watt copió el invento de Wilkinson en su Soho Iron Works y también escribió sobre el invento de Wilkinson. Más tarde, Watt también aplicó la máquina mágica de Wilkinson a la fabricación de cilindros y pistones de máquinas de vapor. Originalmente, para el pistón las dimensiones se podían medir por fuera y cortar al mismo tiempo, pero para el cilindro no era tan sencillo y había que utilizar una taladradora. En ese momento, Watt usó una rueda hidráulica para girar un cilindro de metal y mover el centro de la herramienta fija hacia adelante para cortar el interior del cilindro. Como resultado, el error para un cilindro de 75 pulgadas de diámetro fue menor que el espesor de. una moneda, lo que actualmente no es el caso. Está muy avanzado.
Durante las siguientes décadas, se realizaron muchas mejoras en las mandrinadoras de Wilkinson. En 1885, Horton en el Reino Unido fabricó una máquina mandrinadora con mesa elevadora, que se convirtió en el prototipo de las máquinas mandrinadoras modernas.
El nacimiento del torno
Ya en la época del antiguo Egipto, el pueblo inventó la tecnología de tornear madera con una herramienta mientras giraba alrededor de su eje central. Al principio, la gente usaba dos árboles en pie como soportes para colocar la madera a tornear, usaban la elasticidad de las ramas para enrollar una cuerda alrededor de la madera, tiraban de la cuerda para rotar la madera y luego la giraban con herramientas.
Este antiguo método evolucionó gradualmente hasta el uso de una polea para enrollar una cuerda dos o tres veces. La varilla elástica de la cuerda se dobla en forma de arco. La forma del arco se empuja y se tira hacia adelante y hacia atrás para girar. el objeto para tornear. Este es el "torno de arco".
En la Edad Media, alguien diseñó un "torno de pedal" que utilizaba un pedal para girar el cigüeñal, accionar el volante y luego hacer girar el eje. En el siglo XVI, un diseñador francés llamado Besson diseñó un torno de tornillo que utilizaba un tornillo para deslizar la herramienta. Desafortunadamente, este torno no se utilizó mucho. Desafortunadamente, este tipo de torno no se utilizó mucho.
En el siglo XVIII, alguien diseñó un torno que usaba un pedal y una biela para hacer girar el cigüeñal, lo que podía almacenar la energía cinética rotacional en el volante, y el volante hacía girar directamente la pieza de trabajo hacia el cabezal giratorio. La caja del cabezal es el mandril que se utiliza para sujetar la pieza de trabajo.
Una de las historias de invención de tornos más famosas es la del torno portaherramientas que hizo época, inventado por el inglés Maudsley en 1797, que tenía un husillo de precisión y engranajes intercambiables.
Nacido en 1771 a la edad de 18 años, Maudsley fue la mano derecha del inventor Bramall.
Se dice que Bramall era un trabajador agrícola cuando tenía 16 años, un accidente le provocó una discapacidad en el tobillo derecho y se vio obligado a cambiarse a la industria de la carpintería, que era menos fácil. Su primer invento fue el inodoro con cisterna en 1778, y Maudsley comenzó a ayudar a Bramall a diseñar prensas hidráulicas y otras maquinarias hasta que, a la edad de 26 años, Bramall rechazó bruscamente la oferta de Maudsley de aumentar su salario a 30 dólares por semana. Maudsley dejó Bramall sólo después de exigir chelines. y más.
El año en que Maudsley dejó Bramall, construyó el primer torno de rosca, un torno totalmente metálico que movía el portaherramientas a lo largo de dos guías paralelas y un contrapunto. Hay una superficie de guía triangular en el riel guía. Cuando el husillo gira, acciona el tornillo para mover el portaherramientas lateralmente. Este es el mecanismo principal de un torno moderno, mediante el cual se pueden girar tornillos metálicos de precisión de cualquier paso.
Tres años más tarde, Maudsley construyó un torno mejor en su taller, completo con engranajes intercambiables. Pronto se desarrollaron tornos más grandes, lo que contribuyó a la invención de la máquina de vapor y otras maquinarias.
En el siglo XIX, debido a la invención del acero para herramientas de alta velocidad y el uso de motores eléctricos, los tornos se mejoraron continuamente y finalmente alcanzaron el nivel moderno de alta velocidad y alta precisión.
Cepilladoras y fresadoras
En el proceso de invención y creación, muchas cosas suelen ser complementarias y entrelazadas: para fabricar una máquina de vapor, se necesita una máquina perforadora que ayude; Después de que se inventó la máquina de vapor, las necesidades de la artesanía comenzaron a requerir cepilladoras de pórtico. Se puede decir que fue la invención de la máquina de vapor la que condujo al diseño y desarrollo de "máquinas de trabajo", desde mandrinadoras, tornos hasta cepilladoras. De hecho, una cepilladora es un "avión" para cepillar metal.
Debido a la necesidad de procesar la superficie de los asientos de válvulas de los motores de vapor, muchos técnicos comenzaron a investigar en esta área a principios del siglo XIX, incluidos Richard Robert, Richard Platt, James Fox y Joseph Clement, etc. Ellos fabricaron independientemente la cepilladora de pórtico en un plazo de 25 años a partir de 1814. Este tipo de cepilladora de pórtico fija el objeto a procesar en una plataforma circular y luego la cepilladora corta un lado del objeto a procesar. Sin embargo, este tipo de cepilladora no cuenta con dispositivo de avance y está en proceso de transformarse de “herramienta” a “máquina”. En 1839, un inglés llamado Bodmer finalmente diseñó una cepilladora de pórtico con un dispositivo de alimentación.
Otro británico, Nesmith, dedicó 40 años a partir de 1831 a inventar y fabricar una pequeña cepilladora, que podía fijar la pieza de trabajo en la base y hacer que la herramienta de corte funcionara con un movimiento de ida y vuelta.
Desde entonces, debido a la mejora de las herramientas de corte y la aparición de motores, las cepilladoras de pórtico se han desarrollado hacia el corte de alta velocidad y alta precisión, por un lado, y hacia el corte de gran tamaño. escala por otro lado.
En el siglo XIX, los británicos inventaron máquinas perforadoras y cepilladoras para satisfacer las necesidades de la revolución industrial, como las máquinas de vapor, mientras que los estadounidenses concentraron sus esfuerzos en inventar fresadoras para producir armas en masa. Una fresadora es una máquina equipada con fresas de diversas formas, que se utiliza para cortar piezas de trabajo con formas especiales, como ranuras en espiral y formas de engranajes.
Ya en 1664, la gente construyó una máquina que utilizaba una cuchilla circular giratoria para cortar, que se puede decir que es el prototipo de una fresadora. Por supuesto, fue el estadounidense Whitney quien realmente estableció el estatus de las fresadoras en la fabricación mecánica.
En 1818, Whitney construyó la primera fresadora ordinaria del mundo, pero la patente de la fresadora fue "obtenida" por primera vez por el inglés Bodmer en 1839.
En 1862, Brown de los Estados Unidos construyó la primera fresadora universal del mundo. Esta fresadora supuso una innovación que marcó una época en la preparación de platos giratorios universales y fresas integradas. La mesa de trabajo de la fresadora universal puede girar en un cierto ángulo en dirección horizontal y está equipada con accesorios como un cabezal de fresado. Al mismo tiempo, Brown también diseñó una fresa de forma especial que no se deformaría después del pulido, y luego creó un afilador para afilar la fresa, llevando la fresadora a su nivel actual.
Amoladoras y Taladradoras
La molienda es una tecnología milenaria que el ser humano conoce desde la antigüedad. La gente la utilizaba para moler herramientas de piedra en el Paleolítico. Posteriormente, con el uso de herramientas metálicas se impulsó el desarrollo de la tecnología de rectificado.
Sin embargo, el diseño de máquinas rectificadoras dignas de ese nombre es todavía relativamente reciente, y ya a principios del siglo XIX, la gente todavía amolaba girando piedras naturales para que entraran en contacto con la pieza de trabajo.
En 1864, Estados Unidos fabricó la primera amoladora del mundo, que era un dispositivo que instalaba una muela en el patinete de un torno y la hacía funcionar automáticamente. Doce años más tarde, Brown inventó en Estados Unidos el molinillo universal, muy parecido al molinillo moderno.
También ha aumentado la demanda de piedras de afilar artificiales. ¿Cómo desarrollar una piedra de amolar que sea más resistente al desgaste que la piedra de amolar natural? En 1892, American Acheson produjo con éxito carburo de silicio a partir de coque y arena, que ahora se llama abrasivo artificial C. Dos años más tarde, se produjo con éxito una piedra de afilar A con alúmina como componente principal, lo que hizo que las piedras de afilar se utilizaran más ampliamente. .
Más tarde, debido a nuevas mejoras en los rodamientos y rieles guía, la precisión de las rectificadoras fue cada vez mayor y se desarrollaron en la dirección de la especialización en rectificadoras internas, rectificadoras de superficies, rectificadoras de rodillos, rectificadoras de engranajes y rectificadoras. Aparecieron amoladoras universales. Máquinas rectificadoras etc.
Al igual que la tecnología de rectificado, la tecnología de perforación también tiene una larga historia. Los arqueólogos han descubierto que los humanos inventaron los dispositivos de perforación ya en el año 4000 a.C. Los antiguos colocaban una viga sobre dos pilares, luego colgaban un punzón que podía girar hacia abajo en la viga y luego usaban una cuerda de arco para hacer girar el punzón, de modo que se pudieran perforar agujeros en madera y piedra. Pronto, la gente diseñó un dispositivo de perforación llamado "molinete", que también usaba una cuerda de arco elástica para hacer girar el punzón.
Hacia 1850, el alemán Martignoni fabricó por primera vez una broca helicoidal para taladrar metales; en 1862, en la Exposición Internacional celebrada en Londres, Inglaterra, el británico Whitworth expuso La máquina perforadora eléctrica de gabinetes de hierro fundido se convirtió en la Prototipo de perforadoras modernas.
Desde entonces, han aparecido una tras otra varias máquinas perforadoras, incluidas perforadoras radiales, perforadoras equipadas con mecanismos de avance automático y perforadoras multiejes que pueden perforar múltiples agujeros al mismo tiempo. Gracias a las mejoras en los materiales de las herramientas y las brocas, así como al uso de motores eléctricos, finalmente se crearon perforadoras de gran tamaño y alto rendimiento.
El continuo desarrollo de los tornos
Desde finales del siglo XIX hasta principios del XX, los tornos simples evolucionaron paulatinamente hasta convertirse en fresadoras, cepilladoras, rectificadoras, taladradoras, etc. Estas principales máquinas herramienta se han finalizado básicamente, proporcionando así las condiciones creadas por la mecanización y semiautomatización de la producción de máquinas herramienta de precisión en la primera mitad del siglo XX.
En los primeros 20 años del siglo XX, la gente producía principalmente alrededor de fresadoras, rectificadoras y líneas de montaje. Debido a los requisitos de la producción de automóviles, aviones y sus motores, existe una necesidad urgente de fresadoras y rectificadoras automáticas y de precisión al procesar piezas con formas complejas, alta precisión y alta suavidad en grandes cantidades. La llegada de las fresas de cuchillas multihelicoidales ha resuelto fundamentalmente las dificultades de las fresas de un solo filo que impiden el desarrollo de fresadoras debido a la vibración y la baja suavidad, lo que convierte a las fresadoras en un equipo importante para procesar piezas complejas.
Ford, conocido como el "Padre del Automóvil" por el mundo, propuso que los coches debían ser "ligeros, fuertes, fiables y baratos". Para lograr este objetivo es necesario desarrollar una amoladora de alta eficiencia. Para ello, la estadounidense Norton utilizó esmeril y corindón en 1900 para fabricar una muela de gran diámetro y anchura, además de una rígida y sólida de alta resistencia. amoladora. El desarrollo de las máquinas rectificadoras ha llevado la tecnología de fabricación de maquinaria a una nueva etapa de precisión.
En los 30 años posteriores a 1920, la tecnología de fabricación de maquinaria entró en un período semiautomático y los componentes hidráulicos y eléctricos se utilizaron gradualmente en máquinas herramienta y otra maquinaria. En 1938, el sistema hidráulico y el control electromagnético no sólo llevaron a la invención de nuevas fresadoras, sino que también promovieron su uso en máquinas herramienta como las cepilladoras de pórtico. En la década de 1930, el sistema de válvula solenoide de interruptor de desplazamiento se utilizó en casi todos los tipos. de máquinas rectificadoras. -Los sistemas de válvulas solenoides se utilizan para el control automático de casi todo tipo de máquinas herramienta.
Después de la Segunda Guerra Mundial, debido a la aparición de las máquinas herramienta CNC y de control de grupo y las líneas automáticas, el desarrollo de las máquinas herramienta comenzó a entrar en el período de automatización. Las máquinas herramienta CNC son un nuevo tipo de máquina herramienta que utiliza principios de control digital después de la invención de las computadoras electrónicas para almacenar programas de procesamiento, requisitos operativos de herramientas y métodos de reemplazo como códigos numéricos y de texto como información, y realiza el procesamiento de acuerdo con los requisitos establecidos de acuerdo con las instrucciones. emitido por la máquina herramienta de control.
El programa de máquina herramienta CNC fue finalmente obtenido en 1949 por la American Parsons Company con la participación y asistencia del Instituto Tecnológico de Massachusetts cuando desarrolló una máquina procesadora de palas para inspeccionar los contornos de las palas de las hélices de aviones para el Fuerza Aérea de Estados Unidos. En 1951, produjeron oficialmente el primer prototipo de máquina herramienta CNC tubular, resolviendo con éxito el problema de automatización del procesamiento de piezas complejas en múltiples variedades y lotes pequeños. Más tarde, los principios del CNC se expandieron de las fresadoras a las fresadoras y mandrinadoras, taladradoras y tornos, por un lado, y pasaron de los tubos de electrones a los transistores y los circuitos integrados, por el otro.
De 1970 a 1974, debido a la aplicación generalizada de los microordenadores en el control de máquinas herramienta, se produjeron tres avances tecnológicos. El primero es el controlador digital directo, que permite que una pequeña computadora electrónica controle varias máquinas herramienta al mismo tiempo, y aparece el "control de grupo"; el segundo es el diseño asistido por computadora, que utiliza un lápiz óptico para diseñar y modificar programas de cálculo; el tercero se basa en las condiciones de procesamiento reales y cambia automáticamente las velocidades de procesamiento y corte debido a cambios ocasionales en la información de retroalimentación, ha surgido un sistema de control adaptativo para máquinas herramienta. La aparición de sistemas de control adaptativo para máquinas herramienta.
En 1968, la británica Molins Machinery Company desarrolló la primera línea automática compuesta por máquinas herramienta CNC. Pronto, la estadounidense General Electric Company propuso que “el requisito previo para la automatización de una fábrica es el CNC y el control numérico de la pieza. proceso de procesamiento." Control del programa del proceso de producción", por lo que a mediados de la década de 1970 aparecieron talleres automatizados y comenzaron a establecerse fábricas automatizadas. También comenzaron a construirse fábricas automatizadas.
Después de más de 100 años de desarrollo, la familia de máquinas herramienta ha madurado y se ha convertido en una verdadera "fuerza principal" en el campo de la maquinaria.
La historia del desarrollo de los tornos
El desarrollo de los tornos se puede dividir a grandes rasgos en cuatro etapas: el período del prototipo, el período de la estructura básica, el período de potencia independiente y el período del CNC. A continuación le presentaremos su desarrollo.
Historia de la exposición.
El nacimiento del torno no fue inventado, sino que evolucionó gradualmente. Ya hace más de 4.000 años, había registros de personas que utilizaban el simple principio de tensar un arco para completar trabajos de perforación. Los primeros registrados Incluso hoy en día, todavía se pueden encontrar perforadoras manuales impulsadas por la fuerza humana, que a su vez dieron origen a los tornos y se utilizaban para tornear y taladrar madera. El nombre en inglés del torno es Lathe (Lath significa tabla de madera). De aquí también proviene el nombre inglés del torno (Lath significa tabla de madera). Después de cientos de años de evolución, los tornos se desarrollaron lentamente y eran tornos de madera con baja velocidad y bajo par. No eran adecuados para cortar metales excepto para trabajar la madera hasta la Revolución Industrial. Este período puede denominarse el período embrionario del torno.
La Revolución Industrial en el siglo XVIII marcó el fin de la sociedad agrícola dominada por los artesanos, y fue reemplazada por una sociedad industrial que enfatizaba la producción en masa. Se utilizan ampliamente diversos productos metálicos. Para procesar otra parte del metal, el torno se ha convertido en un equipo clave. La base del torno ya estaba hecha de metal. Tiene una estructura más fuerte y es más. Adecuado para corte de metales. Sin embargo, debido a su estructura simple, el torno El cuerpo está hecho de madera. A principios del siglo XVIII, la base del torno ya estaba hecha de metal y su estructura se volvió más resistente y más adecuada para el corte de metales. Sin embargo, debido a su estructura simple, solo podía realizar torneado y procesamiento de tornillos. No fue hasta el siglo XIX que los tornos se fabricaron completamente con piezas de hierro. Los tornos, junto con la introducción de mecanismos de transmisión como los tornillos, finalmente desarrollaron tornos con funciones básicas. Sin embargo, dado que la energía solo puede ser impulsada por mano de obra, fuerza animal o energía hidráulica, aún no puede satisfacer la demanda y solo se puede considerar que completa la construcción de la estructura básica.
Watt inventó la máquina de vapor para que los tornos pudieran funcionar con vapor. En ese momento, la potencia del torno se concentraba en un solo lugar y luego se dispersaba a los tornos por toda la fábrica a través de correas y transmisión de engranajes. A principios del siglo XX, se creó un torno motorizado con una fuente de energía independiente. Finalmente desarrollado (ver figura 3), el torno fue llevado a un nuevo campo. Durante este período, afectado por la producción en masa de automóviles Ford, muchas piezas de automóviles tuvieron que procesarse en tornos. Para garantizar un suministro adecuado de piezas, los proveedores tuvieron que comprar una gran cantidad de tornos para satisfacer la demanda. El desarrollo de los tornos sigue estando limitado por el auge y la caída de la industria del automóvil.
A mediados del siglo XX, se inventaron las computadoras y pronto se aplicaron a las máquinas herramienta. Los tornos CNC reemplazaron gradualmente a los tornos tradicionales a medida que la eficiencia de la producción se duplicó y la precisión del procesamiento de piezas mejoró enormemente. Con el creciente avance y madurez del software y hardware de las computadoras, muchas tecnologías que en el pasado no podían usarse para el procesamiento se han superado una por una. La proporción de máquinas herramienta CNC se ha convertido en un indicador importante de la modernización nacional. La proporción de máquinas herramienta CNC se ha convertido en un indicador importante para medir el grado de modernización nacional.
Históricamente, además de la revolución industrial del siglo XVIII y el auge de la industria del automóvil en el siglo XX, otro motivo principal para impulsar el desarrollo de los tornos fue el avance de las herramientas de corte. Al principio se usaba acero al carbono, la velocidad de corte solo se puede limitar a menos de 20 m / min y la precisión del mecanizado no es buena. Los materiales de herramientas utilizados posteriormente incluyen acero aleado y las herramientas cerámicas actuales, la velocidad de corte es. aumentó a más de 1000 m/min. Aumentó a más de 1000 m / min, por lo que la velocidad de rotación del torno es cada vez mayor, la velocidad de avance es cada vez más rápida y la precisión del mecanizado también ha mejorado considerablemente en 0,001 mm desde 1 mm hace cien años. Además de la mejora de las herramientas de corte y la mejora de la tecnología, el rápido progreso y, por supuesto, la cooperación del CNC también es el mayor contribuyente.