Torno, mandriladora, retificadora... Observando a evolução histórica de vários tipos de máquinas-ferramentas

1, Torno
Um torno é uma máquina-ferramenta que usa principalmente ferramentas de torneamento para realizar usinagem em peças rotativas. No torno, a usinagem correspondente também pode ser realizada usando brocas, alargadores, machos, matrizes e ferramentas serrilhadas. O torno é usado principalmente para usinar eixos, discos, luvas e outras peças com superfícies rotativas. É o tipo de máquina-ferramenta mais amplamente utilizado em fábricas de fabricação e reparos mecânicos.
1. O antigo "torno de arco" com polias e hastes em forma de arco. Já na era egípcia antiga, as pessoas inventaram a técnica de tornear madeira com ferramentas de corte enquanto a girava em torno de seu eixo central. No início, as pessoas usavam dois troncos como suporte para levantar a madeira a ser virada, usavam a elasticidade dos galhos para enrolar a corda na madeira, puxavam a corda com a mão ou com o pé para girar a madeira e seguravam uma ferramenta de corte para corte.
Este método antigo evoluiu gradualmente e se desenvolveu em um "torno de arco", que envolve enrolar uma corda em torno de uma polia em dois ou três círculos, apoiar a corda em uma haste elástica dobrada em forma de arco e empurrar e puxar o arco para frente e para trás. para girar a peça de trabalho para torneamento.
2. Um "torno de pedal" medieval com virabrequim e transmissão por volante. Na Idade Média, alguém projetou um "torno de pedal" que usava um pedal para girar o virabrequim e acionar o volante, e então o transmitia ao eixo principal para girá-lo. Em meados do século XX, um designer chamado Besson, na França, projetou um torno para tornear parafusos que usava parafusos para deslizar ferramentas de corte. Infelizmente, este tipo de torno não foi amplamente divulgado.
No século XVIII nasceram as caixas de cabeceira e os mandris. No século 18, alguém projetou um tipo de torno que usava um pedal e uma biela para girar o virabrequim, que poderia armazenar a energia rotacional no volante. Ele evoluiu da rotação direta da peça para a rotação da caixa de entrada, que era um mandril usado para segurar a peça.
Em 1797, o inventor britânico Mozley inventou o inovador torno porta-ferramentas, que tinha parafusos-guia de precisão e engrenagens intercambiáveis.
Mozley nasceu em 1771 e aos 18 anos era assistente de confiança do inventor Bramer. Diz-se que Bramer trabalhava na agricultura, mas aos 16 anos teve que mudar para a marcenaria devido a uma deficiência no tornozelo direito causada por um acidente. Sua primeira invenção foi o vaso sanitário com descarga em 1778. Mozley começou a ajudar Bramer a projetar prensas hidráulicas e outras máquinas até deixar Bramer aos 26 anos, quando Bramer recusou rudemente o pedido de Moritz de aumentar seu salário para mais de 30 xelins por semana.
No ano em que Mozley deixou a Bramer, ele construiu seu primeiro torno rosqueado, que era um torno todo de metal com porta-ferramentas e cabeçote móvel que podia se mover ao longo de dois trilhos paralelos. A superfície guia do trilho guia é triangular, o que aciona o parafuso para mover o porta-ferramenta lateralmente quando o fuso gira. Este é o principal mecanismo dos tornos modernos, que pode ser usado para girar parafusos metálicos de precisão de qualquer passo.
Três anos depois, Mozley fabricou em sua própria oficina um torno mais sofisticado, onde as engrenagens podiam ser substituídas entre si, alterando o avanço e o passo das roscas processadas. Em 1817, outro britânico, Roberts, adotou uma polia de quatro estágios e um mecanismo de roda traseira para alterar a velocidade do fuso. Logo, tornos maiores também foram introduzidos, dando grandes contribuições para a invenção de motores a vapor e outras máquinas.
5. Para melhorar o nível de mecanização e automação, nasceram vários tornos especializados. Em 1845, Fitch, dos Estados Unidos, inventou o torno torre; Em 1848, os Estados Unidos viram o surgimento de tornos rotativos; Em 1873, Spencer nos Estados Unidos fez um torno automático de eixo único e logo depois fez um torno automático de três eixos; No início do século XX surgiram tornos com redutores acionados por motores individuais. Devido à invenção do aço para ferramentas de alta velocidade e à aplicação de motores elétricos, os tornos melhoraram continuamente e finalmente atingiram um nível moderno de alta velocidade e precisão.
Após a Primeira Guerra Mundial, vários tornos automáticos eficientes e tornos especializados desenvolveram-se rapidamente devido às necessidades das indústrias militar, automotiva e outras indústrias mecânicas. A fim de melhorar a produtividade de peças de pequenos lotes, tornos com dispositivos de perfilamento hidráulico foram promovidos no final da década de 1940 e, ao mesmo tempo, tornos multiferramentas também foram desenvolvidos. Em meados dos anos -1950, foram desenvolvidos tornos controlados por programa com cartões perfurados, placas de pinos e placas de mostrador. A tecnologia CNC começou a ser usada em tornos na década de 1960 e desenvolveu-se rapidamente após a década de 1970.
6. Os tornos são classificados em vários tipos com base na sua finalidade e função.
Um torno regular possui uma ampla gama de objetos de usinagem, com uma ampla gama de ajustes para velocidade do fuso e taxa de avanço, e pode processar as superfícies internas e externas, faces finais e roscas internas e externas das peças de trabalho. Este tipo de torno é operado principalmente manualmente pelos trabalhadores, com baixa eficiência de produção e é adequado para peças únicas, produção de pequenos lotes e oficinas de reparo.
O torno de torre e o torno rotativo possuem porta-ferramentas de torre ou roda de retorno que podem conter várias ferramentas de corte. Eles podem ser usados ​​pelos trabalhadores para completar vários processos em uma única fixação da peça usando diferentes ferramentas de corte, tornando-os adequados para produção em lote.
Tornos automáticos podem concluir automaticamente o processamento de vários processos de peças de pequeno e médio porte de acordo com um determinado programa, carregar e descarregar materiais automaticamente e processar repetidamente um lote das mesmas peças, adequadas para produção em massa.
Os tornos semiautomáticos multilâminas podem ser divididos em tipos de eixo único, multieixos, horizontais e verticais. O layout de um torno horizontal de eixo único é semelhante ao de um torno normal, mas dois conjuntos de porta-ferramentas são instalados na frente, atrás ou acima e abaixo do fuso, respectivamente, para processar peças como discos, anéis e veios. Sua produtividade é 3-5 vezes maior que a de um torno normal.
Um torno copiador pode imitar a forma e o tamanho de um modelo ou amostra, completar automaticamente o ciclo de usinagem da peça de trabalho e é adequado para produção pequena e em lote de peças de formato complexo. Sua produtividade é 10-15 vezes maior que a de um torno normal. Existem vários tipos, como porta-lâminas múltiplas, eixos múltiplos, tipo mandril e tipo vertical.
O fuso de um torno vertical é perpendicular ao plano horizontal, a peça de trabalho é fixada em uma mesa rotativa horizontal e o porta-ferramenta se move em uma viga transversal ou coluna. Adequado para processar peças grandes, pesadas e difíceis de instalar em tornos comuns, geralmente divididas em duas categorias: coluna única e coluna dupla.
O torno de dente de pá executa movimento alternativo radial no porta-ferramenta durante o torneamento e é usado para formar superfícies de dentes de fresas de pá, fresas, etc. Geralmente equipado com acessórios de retificação, um pequeno rebolo acionado por um motor elétrico separado retifica o dente superfície.
Tornos especializados são tornos usados ​​para processar superfícies específicas de certos tipos de peças de trabalho, como tornos de virabrequim, tornos de eixo de comando, tornos de rodas, tornos de eixo, tornos de rolos e tornos de lingotes.
Tornos de junta são usados ​​principalmente para processamento de torneamento, mas após adicionar alguns componentes e acessórios especiais, eles também podem ser usados ​​para mandrilamento, fresamento, furação, inserção, retificação e outros processamentos. Têm a característica de “uma máquina com múltiplas funções” e são adequados para trabalhos de reparação em veículos de engenharia, navios ou estações de reparação móveis.
2, máquina chata
Embora a indústria de artesanato na fábrica seja relativamente atrasada, ela treinou e criou muitos trabalhadores qualificados. Embora não sejam especialistas na fabricação de máquinas, eles podem fabricar diversas ferramentas artesanais, como facas, serras, agulhas, furadeiras, cones, retificadoras, além de eixos, mangas, engrenagens, estrados de cama e assim por diante. Na verdade, as máquinas são montadas a partir desses componentes.
O primeiro projetista de mandriladoras, as mandriladoras Da Vinci, era conhecida como a "mãe das máquinas". Quando se trata de mandriladoras, vamos primeiro falar sobre Leonardo da Vinci. Esta figura lendária pode ter sido o projetista da primeira mandriladora usada para processamento de metal. A broqueadora que ele projetou é acionada por pedais hidráulicos ou de pé, e as ferramentas de mandrilamento giram firmemente contra a peça de trabalho, enquanto a peça de trabalho é fixada em uma plataforma móvel acionada por um guindaste. Em 1540, outro pintor pintou um quadro de "Pirotecnia", que também trazia o mesmo diagrama da mandriladora. Naquela época, a mandriladora era usada especificamente para usinagem de precisão de peças vazadas.
Nasceu a primeira broqueadora para processamento de canos de canhão (Wilkinson, 1775). No século XVII, devido às necessidades militares, o desenvolvimento da fabricação de artilharia foi muito rápido, e a forma de fabricar o cano da artilharia tornou-se um grande problema que as pessoas precisavam resolver com urgência.
A primeira mandriladora verdadeira do mundo foi inventada por Wilkinson em 1775. Na verdade, para ser mais preciso, a mandriladora de Wilkinson é uma furadeira capaz de usinar canhões com precisão. É uma barra de mandrilar cilíndrica oca com ambas as extremidades instaladas em rolamentos.
Em 1728, Wilkinson nasceu nos Estados Unidos. Aos 20 anos, mudou-se para Staffordshire e construiu o primeiro forno de fundição de ferro em Bileston. Portanto, Wilkinson é conhecido como o "mestre ferreiro de Staffordshire". Em 1775, aos 47 anos, Wilkinson fez esforços contínuos na fábrica de seu pai e finalmente fabricou esta nova máquina que poderia perfurar o cano de um canhão com rara precisão. Curiosamente, após a morte de Wilkinson em 1808, ele foi enterrado em um caixão de ferro fundido que ele havia projetado.
3. As mandriladoras fizeram contribuições significativas para a máquina a vapor de Watt. Se não existissem motores a vapor, a primeira onda da revolução industrial não teria ocorrido naquela época. O desenvolvimento e a aplicação da própria máquina a vapor, para além das oportunidades sociais necessárias, requerem também alguns pré-requisitos tecnológicos que não podem ser ignorados, porque fabricar os componentes da máquina a vapor está longe de ser tão fácil como os carpinteiros cortam madeira. O metal precisa ser transformado em formatos especiais e os requisitos de precisão para processamento são altos. Sem o equipamento técnico correspondente, isso não pode ser alcançado. Por exemplo, na fabricação de cilindros e pistões de motores a vapor, a precisão do diâmetro externo necessária durante o processo de fabricação do pistão pode ser medida externamente durante o corte, mas para atender aos requisitos de precisão do diâmetro interno do cilindro, não é fácil obter usando métodos de usinagem gerais.
Smith foi o técnico mecânico mais destacado do século XVIII. Smith projetou um total de 43 equipamentos de turbinas hidráulicas e eólicas. Ao fabricar uma máquina a vapor, a tarefa mais desafiadora de Smith foi usinar os cilindros. É muito difícil usinar o círculo interno de um cilindro grande em um círculo. Por esse motivo, Smith fabricou uma máquina-ferramenta especial para cortar o círculo interno de um cilindro na Karen Iron Works. Este tipo de mandriladora, acionada por roda d'água, é equipada com uma ferramenta de corte na extremidade frontal de seu longo eixo, que pode girar dentro do cilindro para usinar seu círculo interno. Devido à instalação da ferramenta de corte na extremidade frontal do eixo longo, podem ocorrer problemas como deflexão do eixo, tornando muito difícil usinar um cilindro verdadeiramente circular. Por esse motivo, Smith teve que alterar a posição do cilindro diversas vezes para usinagem.
A broqueadora inventada por Wilkinson em 1774 desempenhou um papel significativo na solução deste problema. Este tipo de mandriladora usa uma roda d'água para girar o cilindro de material e alinhá-lo com a ferramenta fixa central para propulsão. Devido ao movimento relativo entre a ferramenta e o material, o material é perfurado em furos cilíndricos com alta precisão. Naquela época, um cilindro com diâmetro de 72 polegadas era feito em uma mandriladora, com erro que não ultrapassava a espessura de uma moeda de seis centavos. Pela tecnologia moderna, esta é uma margem de erro significativa, mas nas condições da época, já era bastante difícil atingir este nível.
No entanto, a invenção de Wilkinson não solicitou proteção de patente e as pessoas a imitaram e instalaram uma após a outra. Em 1802, Watt também falou sobre a invenção de Wilkinson em seu livro e a replicou em sua fábrica de ferro no Soho. No futuro, Watt também usou a máquina mágica de Wilkinson para fabricar cilindros e pistões de motores a vapor. Originalmente, para o pistão era possível medir o tamanho cortando por fora, mas para o cilindro não era tão simples e precisava ser feito com uma mandriladora. Naquela época, Watt usou uma roda d'água para girar um cilindro de metal e empurrar uma ferramenta fixada centralmente para frente para cortar o interior do cilindro. Como resultado, um cilindro com diâmetro de 75 polegadas apresentava um erro menor que a espessura de uma moeda, o que era muito avançado na área.
4. O nascimento das mandriladoras de elevação de mesa de trabalho (Hutton, 1885) Nas décadas seguintes, muitas melhorias foram feitas nas mandriladoras de Wilkinson. Em 1885, Hutton, na Inglaterra, fabricou uma mandriladora de mesa de trabalho, que se tornou o protótipo das mandriladoras modernas.
3, fresadora
No século XIX, os britânicos inventaram máquinas de perfuração e aplainamento para as necessidades da revolução industrial, como a máquina a vapor, enquanto os americanos se concentraram na invenção de fresadoras para produzir um grande número de armas. Uma fresadora é uma máquina com fresas de vários formatos, que pode cortar peças de formatos especiais, como ranhuras em espiral, formatos de engrenagens, etc.
Já em 1664, o cientista britânico Hooke confiou em ferramentas de corte circulares rotativas para criar uma máquina de corte, que poderia ser considerada uma fresadora primitiva, mas naquela época a sociedade não respondia com entusiasmo a isso. Na década de 1840, Pratt projetou a chamada fresadora Lincoln. Claro, quem realmente estabeleceu a posição das fresadoras na fabricação de máquinas foi o americano Whitney.
1. A primeira fresadora comum (Whitney, 1818) Em 1818, Whitney fabricou a primeira fresadora comum do mundo, mas a patente da fresadora foi obtida pelo inventor britânico Bodmer (o inventor da plaina de pórtico com um dispositivo de alimentação de ferramentas) em 1839. Devido ao alto custo das fresadoras, não houve muitas consultas naquela época.
A primeira fresadora universal (Brown, 1862) voltou a funcionar nos Estados Unidos após um período de silêncio. Em contraste, só se pode dizer que Whitney e Pratt lançaram as bases para a invenção e aplicação de fresadoras, e a verdadeira conquista de inventar fresadoras que podem ser aplicadas a várias operações de fábrica deveria pertencer ao engenheiro americano Joseph Brown.
Em 1862, Brown, dos Estados Unidos, fabricou a primeira fresadora universal do mundo, o que foi uma conquista inovadora por estar equipada com discos de indexação universais e fresas abrangentes. A bancada de uma fresadora universal pode girar um determinado ângulo na direção horizontal e é equipada com acessórios como uma cabeça de fresa de topo. A fresadora universal que ele projetou teve grande sucesso quando foi exibida na Exposição de Paris de 1867. Ao mesmo tempo, Brown também projetou uma fresa formada que não se deformaria mesmo após a retificação e, em seguida, fabricou uma retificadora para fresas, trazendo a fresadora ao seu nível atual.
4, Máquina de aplainar
No processo de invenção, muitas coisas são frequentemente complementares e inter-relacionadas: para fabricar uma máquina a vapor, é necessária uma broqueadora para auxiliar; Após a invenção da máquina a vapor, houve uma demanda pela plaina pórtico em termos de requisitos de processo. Pode-se dizer que a invenção da máquina a vapor levou ao desenvolvimento da "máquina-mãe funcional", desde mandriladoras e tornos até o projeto de plainas de pórtico. Na verdade, uma plaina é um tipo de plaina de metal.
1. A plaina pórtico para processamento de grandes superfícies planas (1839) foi desenvolvida por muitos técnicos a partir do início do século XIX devido à necessidade de usinagem plana de sedes de válvulas de motores a vapor. Entre eles estavam Richard Robert, Richard Pratt, James Fox e Joseph Clement, que fabricaram de forma independente plainas de pórtico em 25 anos a partir de 1814. Este tipo de plaina de pórtico é usado para fixar o objeto processado em uma plataforma alternativa, e a plaina corta um lado do objeto processado. Porém, esse tipo de plaina ainda não possui dispositivo de alimentação de lâmina e está em processo de transição de “ferramenta” para “máquina”. Em 1839, um britânico chamado Bodmore finalmente projetou uma plaina de pórtico com um dispositivo de alimentação de faca.
2. A plaina de cabeça de vaca para processar pequenas superfícies planas. Outro britânico, Nesmith, inventou e fabricou a plaina cabeça de vaca para processar pequenas superfícies planas dentro de 40 anos a partir de 1831. Ela pode fixar o objeto processado na cama enquanto a ferramenta de corte se move para frente e para trás.
Posteriormente, devido ao aprimoramento das ferramentas e ao surgimento dos motores elétricos, as plainas de pórtico desenvolveram-se para o corte em alta velocidade e alta precisão, por um lado, e para a produção em grande escala, por outro.
5, máquina de moer
A moagem é uma tecnologia antiga conhecida pelos humanos desde os tempos antigos. Na era paleolítica, esta tecnologia foi usada para moer ferramentas de pedra. No futuro, com o uso de ferramentas metálicas, foi promovido o desenvolvimento da tecnologia de retificação. No entanto, projetar máquinas de moagem famosas ainda é uma coisa moderna, mesmo no início do século 19, as pessoas ainda usavam pedras de moagem naturais rotativas para fazê-las entrar em contato com o objeto processado para moagem.
1. Primeira retificadora (1864) Em 1864, os Estados Unidos produziram a primeira retificadora do mundo, que era um dispositivo que instalava rebolos no carro deslizante de um torno e o equipava com transmissão automática. Após 12 anos, Brown, dos Estados Unidos, inventou um moedor universal que se aproximava das modernas retificadoras.
2. A primeira furadeira (Whitworth, 1862). Por volta de 1850, o alemão Mattignoni foi o primeiro a fabricar brocas Fried Dough Twists para perfuração de metal; Na Exposição Internacional realizada em Londres, Inglaterra, em 1862, o britânico Whitworth exibiu uma furadeira com estrutura de ferro fundido acionada por energia, que se tornou o protótipo das furadeiras modernas.
No futuro, várias máquinas de perfuração surgirão uma após a outra, incluindo máquinas de perfuração com balancim, máquinas de perfuração equipadas com mecanismos de alimentação automática e máquinas de perfuração multieixos que podem fazer vários furos ao mesmo tempo. Devido às melhorias nos materiais das ferramentas e nas brocas, bem como ao uso de motores elétricos, finalmente foram fabricadas furadeiras de alto desempenho em grande escala.