Máquinas herramientas

El francés Blaise Pascal enunció el principio que lleva su nombre en el “Tratado del equilibrio de los líquidos” en 1650. Descubrió el principio de la prensa hidráulica, pero a nadie se le había ocurrido su aplicación para usos industriales hasta que Bramach patentó en Londres su invención de una prensa hidráulica en 1770, pero parece que fueron los hermanos franceses Perier, entre 1796 a 1812, quienes desarrollaron prensas hidráulicas para el acuñado de moneda. Es a partir de 1840 cuando Cavé inicia la fabricación de prensas hidráulicas de elevadas presiones.

Mandrinadora de J. Wilkinson accionada por rueda hidráulica, fabricada en 1775 por encargo de James Watt. Se consiguió una precisión “del espesor de una moneda de seis peniques en un diámetro de 72 pulgadas”.

Watt concibió su idea de máquina de vapor en 1765, pero no solucionó los problemas para construir una máquina válida para usos industriales hasta quince años más tarde, en 1780. Después de muchos intentos fallidos, y debido a que no era posible obtener tolerancias adecuadas en el mecanizado de cilindros con las barrenadoras-mandrinadoras de la época por haber sido ideadas para el mecanizado de cañones, fue John Wilkinson en 1775 quien construyó, por encargo de Watt, una mandrinadora mas avanzada técnicamente y de mayor precisión, accionada igual que las anteriores por medio de una rueda hidráulica. Con esta máquina, equipada con un ingenioso cabezal giratorio y desplazable, se consiguió un error máximo “del espesor de una moneda de seis peniques en un diámetro de 72 pulgadas”, tolerancia muy grosera pero suficiente para garantizar el ajuste y hermetismo entre pistón y cilindro.

James Nasmyth, inventor del revolucionario martinete a vapor, fijó sus características en menos de una hora. Su diseño tiene dos soportes para guiar el martillo que sostiene un cilindro encima, cuyo pistón iba unido a la cabeza del martillo. La admisión de vapor en el cilindro elevaba la cabeza del martillo y al soltar la válvula de vapor, el operario hacía caer el martillo violentamente sobre la pieza a forjar.

En 1800, Mudslay construyó el primer torno realizado enteramente de metal para roscar tornillos, siendo su elemento fundamental el husillo guía patrón. Se dice que Maudslay dedicó diez años de trabajos para conseguir un husillo patrón satisfactorio.

Para completar el ciclo y tener una referencia de partida, era necesario poder medir con precisión las piezas fabricadas, con el objeto de cumplir las especificaciones para ser intercambiables, Maudslay construyó un micrómetro de tornillo en 1805 para su propio uso. James Nasmyth, discípulo aventajado de Maudslay, señaló, refiriéndose a este sistema de medición, que podía medir la milésima parte de la pulgada. Maudslay construyó en 1803 la primera mortajadora vertical para construir chaveteros en poleas, engranajes y otras máquinas diversas.

Taladro de sobremesa totalmente metálico, con giro de eje porta brocas accionado a mano o por transmisión fabricado por Nasmyth en 1938 (Science Museum, Londres).

Ante la necesidad de taladrar piezas de acero, cada vez más gruesas, Nasmyth fue el primero que construyó hacia 1838, un taladro de sobremesa totalmente metálico, con giro de eje porta brocas accionado a mano o por transmisión. Algunos años después, en 1850, Whitworth fabricó el primer taladro de columna accionado por transmisión a correa y giro del eje portabrocas, a través de un juego de engranajes cónicos. Llevaba una mesa porta piezas regulable verticalmente mediante el sistema de piñón cremallera. En 1860 se produce un acontecimiento muy importante para el taladrado, al inventar el suizo Martignon la broca helicoidal. El uso de estas brocas se generalizó rápidamente, puesto que representaba un gran avance en producción y duración de la herramienta con relación a las brocas punta de lanza utilizadas hasta la fecha.

La influencia de Maudslay en la construcción de máquinas-herramienta británicas perduró durante gran parte del siglo XIX a través de sus discípulos. Los más importantes fabricantes de la siguiente generación, Richard Roberts y Joseph Whitworth habían trabajado a sus órdenes y James Nasmyth fue su ayudante personal. Durante todo el siglo XIX se construyeron una gran variedad de tipos de máquinas-herramienta para dar respuesta, en cantidad y calidad, al mecanizado de todas las piezas metálicas de los nuevos productos que se iban desarrollando.

Cuando se hace necesario planear planchas de hierro, para sustituir el cincelado, nace el primer cepillo puente práctico de uso industrial fabricado por Richad Roberts en Inglaterra en 1817, que incorpora una guía en V y la otra plana para el desplazamiento de la mesa porta piezas. En 1836 Whitworth fabricó un pequeño cepillo puente para mecanizar piezas de 1.280 mm, de longitud por 380 de ancho. La necesidad de sustituir el trabajo de cincel y lima, en piezas pequeñas fue la razón que motivó a James Nasmyth en 1836 a diseñar y construir la primera limadora, bautizada con el nombre de “brazo de acero de Nasmyith”. En 1840 Whitworth perfeccionó esta máquina, incorporando un dispositivo automático descendente del carro porta-herramientas.

Primera fresadora universal, fabricada por Joseph R. Brown en 1862. Estaba equipada con divisor, mesa con desplazamiento vertical y transversal, y avance automático de la mesa longitudinal con la aplicación de la transmisión Cardan.

Las primeras operaciones de fresado antes de la construcción de máquinas especificas para este trabajo se realizaron en tornos accionados a pedal, pero el nacimiento y su evolución esta relacionado, con la guerra de la independencia, cuando la colonia británica en América tuvo que acometer su propio desarrollo industrial. La necesidad de fabricar armamento en grandes series fue el factor determinante en el desarrollo del fresado. El americano Ely Whitney recibió el encargo de fabricar gran cantidad de fusiles para el gobierno de su país. Estudió la posibilidad de fabricación en serie, para lo que diseño y construyó en 1818 la primera máquina de fresar. Estaba compuesta de un armazón de madera soportado por cuatro patas de hierro forjado. La mesa porta-piezas se desplazaba longitudinalmente sobre guías en forma de cola de milano y, entre otros mecanismos, destacaba un eje sinfín que se podía embragar y desembragar sobre una corona dentada alojada en el husillo del carro. En 1830 se construye una fresadora totalmente metálica a la que se incorpora un carro para la regulación vertical.

Torno para cilindrar de Maudslay, que marcó una nueva era (1797).

En 1848 el destacado ingeniero americano Howe introdujo nuevas prestaciones, incorporando poleas de tres escalones y desplazamientos en sentido vertical, longitudinal y transversal. Dos años después diseña la primera fresadora copiadora de perfiles e influye decisivamente en la introducción de otras importantes mejoras.

Un avance muy importante se produce en 1862, cuando J. R. Brown construyó la primera fresadora universal. La fresadora universal construida en 1884 por Cincinnati incorpora por vez primera un portafresas cilíndrico desplazable axialmente. Por la influencia que ha tenido en la construcción de los actuales centros de fresado de CNC, cabe destacar la fresadora del francés P. Huré construida en 1894, que incorporaba un ingenioso cabezal con el cual, mediante previo movimiento giratorio, podía trabajar en horizontal, vertical y otras posiciones.

Fresadora de Whitney, construida en 1818 para fabricar gran cantidad de fusiles en serie durante la guerra de la independencia americana. Destacaba un eje sinfín que se podía embragar y desembragar sobre una corona dentada alojada en el husillo del carro.

Hacia 1840 se desarrolla una máquina que era imprescindible para el forjado de piezas de ferrocarril. Paralelamente, Bourdon en Francia y Nasmyth en Inglaterra desarrollaron y construyeron el martillo pilón accionado por vapor. Fue el método idóneo para el batido de grandes masas de acero hasta que aparecieron los martillos de caída libre a finales del siglo XIX.

Fresadora universal construida en 1884 por Cincinnati.

El inglés Joseph Whitworth, influenciado por su maestro Maudslay, construyó una máquina de medición que mejoraba la precisión de la construida por Maudslay, y estaba especialmente interesado en buscar la solución para el problema de las guías de máquina-herramienta, y otras superficies que debían ser auténticamente planas.

Whitworth perfeccionó el torno paralelo, de tal manera que el monopolea de 1850 ha tenido vigencia hasta nuestros días, y sólo fue mejorado a partir de 1890 con la incorporación de los americanos de la Caja Norton. Whitworth, además de fabricante de muchas y buenas máquinas, destacó en la fabricación de herramientas y fue quien solucionó la anarquía de roscas y los perjuicios que se derivaban de esta situación. Desarrolló el sistema de roscas Whitworth, basado en la pulgada. Introducido rápidamente en la industria, en 1841 fue adoptado por el Institute of Civil Engineers de Inglaterra. Los americanos no aceptaron esta normalización, adoptando en 1868 el sistema Seller, que difería muy poco del sistema inglés.

Prensa Volante, Madrid 1897. Al fondo una prensa de vapor (Fábrica nacional de moneda y timbre).

En 1833, el método Uhlhorn es mejorado por Thonnelier quien había trabajado con anterioridad junto a él y usando la presión ejercida por el mecanismo knuckel añade un nuevosistema de alimentación de cospeles y retirada de monedas. Thonnelier no tenía fabrica y sus diseños en papel eran fabricados por otras compañías o cecas. Una de las primeras compañías en copiar las mejoras de Thonnelier fue James Watt & Company, regentada por el hijo de James Watt y en Barcelona por la Maquinista Terrestre y Marítima en 1841.

A mitad del siglo XIX surgen varias compañías que implementan las ideas básicas de los bocetos de Thonnelier. Taylor que trabajó con Thonnelier funda la británica Taylor & Challen. En EEUU la primera prensa Thonnelier fue rediseñada y construida por Peale ingeniero de la Ceca de Philadelphia en 1836, siendo sus ideas la base de las prensas que posteriormente realizasen las compañías Morgan Orr y Bliss de EEUU. La prensa Thonnelier estuvo unos 100 años en servicio en la FNMT con los debidas correcciones.

Tanto en la prensa Uhlhorn, como en la rectificación de Thonnelier, el mecanismo que accionaba el troquel superior consistía en 3 enlaces: la 'palanca de balanceo', la columna y la 'palanca martillo'. Estando el troquel fijado por la cara inferior a la palanca martillo. El operario de la prensa Uhlhorn tenia que manejar un volante, movido por la fuerza del vapor, que debía girar a la suficiente velocidad y engranar un embrague. Había largas palancas que salían del fondo a la parte delantera de la prensa para estas funciones.En la foto vemos el volante en el lateral de la prensa y una larga palanca que controlaba su velocidad.

Primera máquina-herramienta fabricada en España, la prensa tipo Thonelier, construida por "La Maquinista Terrestre y Marítima" en 1863 para la Casa de la Moneda de Madrid. Fabricó las primeras pesetas.