Máquina herramienta

Una máquina herramienta es una máquina para manipular o mecanizar metal u otros materiales rígidos, generalmente mediante corte, taladrado , rectificado , cizallamiento u otras formas de deformación. Las máquinas herramienta emplean algún tipo de herramienta que realiza el corte o el modelado. Todas las máquinas herramienta tienen algún medio para restringir la pieza de trabajo y proporcionar un movimiento guiado de las partes de la máquina. Por lo tanto, el movimiento relativo entre la pieza de trabajo y la herramienta de corte (que se denomina trayectoria de la herramienta ) está controlado o restringido por la máquina al menos hasta cierto punto, en lugar de ser completamente "a mano alzada" o "a mano alzada". Es una máquina de corte de metales impulsada por motor que ayuda a gestionar el movimiento relativo necesario entre la herramienta de corte y el trabajo que cambia el tamaño y la forma del material del trabajo. ^[1]

La definición precisa del término máquina herramienta varía según los usuarios, como se explica a continuación. Si bien todas las máquinas herramienta son "máquinas que ayudan a las personas a fabricar cosas", no todas las máquinas de fábrica son máquinas herramienta.

En la actualidad, las máquinas herramienta suelen funcionar con energía distinta a la del músculo humano (por ejemplo, eléctricamente, hidráulicamente o a través de un eje lineal ) y se utilizan para fabricar piezas manufacturadas (componentes) de diversas maneras que incluyen el corte o ciertos otros tipos de deformación.

Con su precisión inherente, las máquinas herramienta permitieron la producción económica de piezas intercambiables .

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Muchos historiadores de la tecnología consideran que las verdaderas máquinas herramienta nacieron cuando la trayectoria de la herramienta comenzó a ser guiada por la propia máquina de alguna manera, al menos hasta cierto punto, de modo que la guía humana directa y a mano alzada de la trayectoria de la herramienta (con las manos, los pies o la boca) ya no era la única guía utilizada en el proceso de corte o conformado. En esta visión de la definición, el término, que surgió en una época en la que todas las herramientas hasta entonces habían sido herramientas manuales , simplemente proporcionó una etiqueta para "herramientas que eran máquinas en lugar de herramientas manuales". Los tornos primitivos , los anteriores al período medieval tardío, y los tornos de carpintería y los tornos de alfarero modernos pueden o no entrar en esta definición, dependiendo de cómo se mire el husillo del cabezal en sí; pero los primeros registros históricos de un torno con control mecánico directo de la trayectoria de la herramienta de corte son de un torno de corte de tornillos que data de alrededor de 1483. ^[2] Este torno "producía roscas de tornillo a partir de madera y empleaba un verdadero soporte deslizante compuesto".

La guía mecánica de trayectorias de herramientas surgió de varios conceptos básicos:

• En primer lugar, está el concepto de husillo en sí, que limita el movimiento de la pieza o herramienta a la rotación alrededor de un eje fijo . Este antiguo concepto es anterior a las máquinas herramienta en sí; los primeros tornos y tornos de alfarero lo incorporaron para la pieza de trabajo, pero el movimiento de la herramienta en sí en estas máquinas era completamente a mano alzada.
• La corredera de la máquina ( guía de herramientas ), que tiene muchas formas, como guías de cola de milano, guías de caja o guías de columna cilíndricas. Las correderas de la máquina restringen el movimiento de la herramienta o la pieza de trabajo de manera lineal. Si se agrega un tope, también se puede controlar con precisión la longitud de la línea. (Las correderas de la máquina son esencialmente un subconjunto de los cojinetes lineales , aunque el lenguaje utilizado para clasificar estos diversos elementos de la máquina puede definirse de manera diferente por algunos usuarios en algunos contextos, y algunos elementos pueden distinguirse por contraste con otros)
• Trazado, que implica seguir los contornos de un modelo o plantilla y transferir el movimiento resultante a la trayectoria de la herramienta.
• Operación de leva , que en principio está relacionada con el trazado, pero puede estar un paso o dos más allá de la coincidencia del elemento trazado con la forma final del elemento reproducido. Por ejemplo, varias levas, ninguna de las cuales coincide directamente con la forma de salida deseada, pueden activar una trayectoria de herramienta compleja mediante la creación de vectores de componentes que se suman para formar una trayectoria de herramienta neta.
• La fuerza de Van Der Waals entre materiales similares es alta; la fabricación a mano alzada de placas cuadradas produce solo componentes de referencia para la construcción de máquinas herramienta cuadrados y planos, con una precisión de millonésimas de pulgada, pero de casi ninguna variedad. El proceso de replicación de características permite que la planitud y la cuadratura de un conjunto de carro transversal de una fresadora, o la redondez, la falta de conicidad y la cuadratura de los dos ejes de un torno se transfieran a una pieza de trabajo mecanizada con una exactitud y precisión mejores que una milésima de pulgada, no tan fina como una millonésima de pulgada. A medida que el ajuste entre las piezas deslizantes de un producto fabricado, una máquina o una máquina herramienta se acerca a esta medida crítica de milésimas de pulgada, la lubricación y la acción capilar se combinan para evitar que la fuerza de Van Der Waals suelde metales similares entre sí, lo que extiende la vida útil lubricada de las piezas deslizantes en un factor de miles a millones; El desastre del agotamiento del aceite en el motor de un automóvil convencional es una demostración accesible de la necesidad, y en el diseño aeroespacial, el diseño de piezas iguales a diferentes se utiliza junto con lubricantes sólidos para evitar que la soldadura de Van Der Waals destruya las superficies de contacto. Dado el módulo de elasticidad de los metales, el rango de tolerancias de ajuste cercano a una milésima de pulgada se correlaciona con el rango relevante de restricción entre, en un extremo, el ensamblaje permanente de dos piezas acopladas y, en el otro, un ajuste deslizante libre de esas mismas dos piezas.

La guía de trayectorias de herramientas programable de forma abstracta comenzó con soluciones mecánicas, como en las levas de las cajas musicales y los telares Jacquard . La convergencia del control mecánico programable con el control de trayectorias de herramientas de las máquinas herramienta se retrasó muchas décadas, en parte porque los métodos de control programables de las cajas musicales y los telares carecían de la rigidez necesaria para las trayectorias de herramientas de las máquinas herramienta. Más tarde, se añadieron soluciones electromecánicas (como los servomotores ) y pronto soluciones electrónicas (incluidas las computadoras ), lo que dio lugar al control numérico y al control numérico por ordenador .

Al considerar la diferencia entre trayectorias de herramientas a mano alzada y trayectorias de herramientas restringidas por máquina, los conceptos de precisión , eficiencia y productividad se vuelven importantes para comprender por qué la opción restringida por máquina agrega valor .

La "fabricación" aditiva, conservadora y sustractiva de materia puede realizarse de dieciséis maneras: en primer lugar, la pieza de trabajo puede sujetarse con una mano o con una abrazadera; en segundo lugar, la herramienta puede sujetarse con una mano o con una abrazadera; en tercer lugar, la energía puede provenir de la(s) mano(s) que sostienen la herramienta o la pieza de trabajo, o de alguna fuente externa, incluyendo, por ejemplo, un pedal del mismo trabajador, o un motor, sin limitación; y, finalmente, el control puede provenir de la(s) mano(s) que sostienen la herramienta o la pieza de trabajo, o de alguna otra fuente, incluyendo el control numérico por computadora. Con dos opciones para cada uno de los cuatro parámetros, los tipos se enumeran en dieciséis tipos de fabricación, donde Materia Aditiva puede significar pintar sobre lienzo con tanta facilidad como imprimir en 3D bajo control informático, Materia Preservativa puede significar forjar en el fuego de carbón con tanta facilidad como estampar matrículas, y Materia Sustractiva puede significar tallar casualmente la punta de un lápiz con tanta facilidad como pulir con precisión la forma final de una pala de turbina depositada con láser.

Una descripción precisa de lo que es y hace una máquina herramienta en un momento instantáneo se da mediante un vector de 12 componentes que relaciona los grados de libertad lineales y rotacionales de la pieza de trabajo individual y la herramienta individual en contacto con esa pieza de trabajo en cualquier máquina arbitrariamente y para visualizar este vector tiene sentido organizarlo en cuatro filas de tres columnas con etiquetas xy y z en las columnas y etiquetas girar y mover en las filas, con esas dos etiquetas repetidas una vez más para hacer un total de cuatro filas de modo que la primera fila podría etiquetarse como trabajo de giro, la segunda fila podría etiquetarse como trabajo de movimiento, la tercera fila podría etiquetarse como herramienta de giro y la cuarta fila podría etiquetarse como herramienta de movimiento, aunque la posición de las etiquetas es arbitraria, es decir, no hay acuerdo en la literatura de ingeniería mecánica sobre el orden en que deberían estar estas etiquetas, pero hay 12 grados de libertad en una máquina herramienta. Dicho esto, es importante recordar que se trata de un momento instantáneo y que ese momento instantáneo puede ser un momento preparatorio antes de que una herramienta haga contacto con una pieza de trabajo, o tal vez un momento de compromiso durante el cual el contacto con el trabajo y la herramienta requiere una entrada de cantidades bastante grandes de energía para realizar el trabajo, que es la razón por la que las máquinas herramienta son grandes, pesadas y rígidas. Dado que lo que estos vectores describen son nuestros momentos instantáneos de grados de libertad, la estructura vectorial es capaz de expresar el modo cambiante de una máquina herramienta, así como expresar su estructura fundamental de la siguiente manera: imagine un torno que pasa un cilindro sobre un eje horizontal con una herramienta lista para cortar una cara en ese cilindro en algún momento preparatorio. Lo que haría el operador de un torno de este tipo es bloquear el eje x en el carro del torno estableciendo una nueva condición vectorial con un cero en la posición de deslizamiento x para la herramienta. Luego, el operador desbloquearía el eje y en el carro transversal del torno, suponiendo que nuestros ejemplos estuvieran equipados con eso, y luego el operador aplicaría algún método para atravesar la herramienta de corte a lo largo de la cara del cilindro que se está cortando y una profundidad combinada con la velocidad de rotación seleccionada que activa la capacidad de corte dentro del rango de potencia del motor que impulsa el torno. Entonces, la respuesta a qué es una máquina herramienta es una respuesta muy simple, pero es altamente técnica y no está relacionada con la historia de las máquinas herramienta.

Anteriormente, se ha dado una respuesta a qué son las máquinas herramienta. También podemos considerar lo que hacen. Las máquinas herramienta producen superficies acabadas. Pueden producir cualquier acabado, desde un grado arbitrario de trabajo muy basto hasta un acabado de grado óptico especular cuya mejora es discutible. Las máquinas herramienta producen las superficies que comprenden las características de las piezas de la máquina mediante la eliminación de virutas. Estas virutas pueden ser muy ásperas o incluso tan finas como el polvo. Cada máquina herramienta respalda su proceso de eliminación con una estructura rígida, redundante y, por lo tanto, resistente a las vibraciones, porque cada viruta se elimina de forma semisincrónica, lo que crea múltiples oportunidades para que la vibración interfiera con la precisión.

Los seres humanos son generalmente bastante talentosos en sus movimientos a mano alzada; los dibujos, pinturas y esculturas de artistas como Miguel Ángel o Leonardo da Vinci , y de innumerables otras personas talentosas, muestran que la trayectoria de la herramienta a mano alzada humana tiene un gran potencial. El valor que las máquinas herramienta agregaron a estos talentos humanos está en las áreas de rigidez (restringiendo la trayectoria de la herramienta a pesar de miles de newtons ( libras ) de fuerza luchando contra la restricción), exactitud y precisión , eficiencia y productividad . Con una máquina herramienta, las trayectorias de herramientas que ningún músculo humano podría restringir pueden restringirse; y las trayectorias de herramientas que son técnicamente posibles con métodos a mano alzada, pero que requerirían un tiempo y una habilidad enormes para ejecutarse, pueden ejecutarse en cambio de manera rápida y fácil, incluso por personas con poco talento a mano alzada (porque la máquina se encarga de ello). Los historiadores de la bytechnology a menudo se refieren a este último aspecto de las máquinas herramienta como "incorporar la habilidad en la herramienta", en contraste con la habilidad de restringir la trayectoria de la herramienta que está en la persona que maneja la herramienta. Por ejemplo, es físicamente posible fabricar tornillos, pernos y tuercas intercambiables completamente con trayectorias de herramientas a mano alzada, pero es económicamente práctico fabricarlos solo con máquinas herramienta.

En la década de 1930, la Oficina Nacional de Investigación Económica de Estados Unidos (NBER) hizo referencia a la definición de máquina herramienta como "cualquier máquina que funcione con una fuerza distinta a la manual y que emplee una herramienta para trabajar el metal". ^[3]

El sentido coloquial más estricto del término lo reserva solo para las máquinas que realizan corte de metal, en otras palabras, los muchos tipos de mecanizado y rectificado [convencional] . Estos procesos son un tipo de deformación que produce virutas . Sin embargo, los economistas utilizan un sentido ligeramente más amplio que también incluye la deformación del metal de otros tipos que aprietan el metal en forma sin cortar virutas, como el laminado, el estampado con matrices , el cizallamiento, el remachado , el remachado y otros. Por lo tanto , las prensas generalmente se incluyen en la definición económica de máquinas herramienta. Por ejemplo, esta es la amplitud de la definición utilizada por Max Holland en su historia de Burgmaster y Houdaille , ^[4] que también es una historia de la industria de máquinas herramienta en general desde la década de 1940 hasta la de 1980; estaba reflejando el sentido del término utilizado por el propio Houdaille y otras empresas de la industria. Muchos informes sobre exportación e importación de máquinas herramienta y temas económicos similares utilizan esta definición más amplia.

El sentido coloquial que implica el corte de metales [convencional] también se está volviendo obsoleto debido a los cambios tecnológicos a lo largo de las décadas. Los muchos procesos desarrollados más recientemente etiquetados como "mecanizado", como el mecanizado por descarga eléctrica , el mecanizado electroquímico , el mecanizado por haz de electrones , el mecanizado fotoquímico y el mecanizado ultrasónico , o incluso el corte por plasma y el corte por chorro de agua , a menudo se realizan mediante máquinas que podrían denominarse, lógicamente, máquinas herramienta. Además, algunos de los procesos de fabricación aditiva desarrollados recientemente , que no consisten en cortar material sino en agregarlo, se realizan mediante máquinas que probablemente terminarán etiquetadas, en algunos casos, como máquinas herramienta. De hecho, los fabricantes de máquinas herramienta ya están desarrollando máquinas que incluyen tanto la fabricación sustractiva como la aditiva en un solo entorno de trabajo, ^[5] y se están realizando modernizaciones de máquinas existentes. ^[6]

El uso natural de los términos varía, con límites connotativos sutiles. Muchos hablantes se resisten a utilizar el término "máquina herramienta" para referirse a la maquinaria para trabajar la madera (carpinteras, sierras de mesa, estaciones de fresado, etc.), pero es difícil mantener una verdadera línea divisoria lógica y, por lo tanto, muchos hablantes aceptan una definición amplia. Es común escuchar a los maquinistas referirse a sus máquinas herramienta simplemente como "máquinas". Por lo general, el sustantivo colectivo "maquinaria" las engloba, pero a veces se usa para implicar solo aquellas máquinas que se excluyen de la definición de "máquina herramienta". Esta es la razón por la que las máquinas en una planta de procesamiento de alimentos, como cintas transportadoras, mezcladoras, recipientes, divisores, etc., pueden etiquetarse como "maquinaria", mientras que las máquinas en el departamento de herramientas y matrices de la fábrica se denominan en cambio "máquinas herramienta" en contraposición.

En cuanto a la definición NBER de la década de 1930 citada anteriormente, se podría argumentar que su especificidad para el metal es obsoleta, ya que hoy en día es bastante común que determinados tornos, fresadoras y centros de mecanizado (definitivamente máquinas herramienta) trabajen exclusivamente en trabajos de corte de plástico durante toda su vida útil. Por lo tanto, la definición NBER anterior podría ampliarse para decir "que emplea una herramienta para trabajar en metal u otros materiales de alta dureza ". Y su especificidad para "operar por una fuerza distinta a la manual" también es problemática, ya que las máquinas herramienta pueden ser impulsadas por personas si se configuran adecuadamente, como con un pedal (para un torno ) o una palanca manual (para una moldeadora ). Las moldeadoras accionadas manualmente son claramente "lo mismo" que las moldeadoras con motores eléctricos, excepto que son más pequeñas", y es trivial impulsar un microtorno con una polea de correa accionada manualmente en lugar de un motor eléctrico. Por lo tanto, uno puede cuestionar si la fuente de energía es realmente un concepto distintivo clave; Pero, para fines económicos, la definición del NBER tenía sentido, porque la mayor parte del valor comercial de la existencia de las máquinas herramienta proviene de aquellas que funcionan con electricidad, hidráulica, etc. Tales son los caprichos del lenguaje natural y el vocabulario controlado , ambos tienen su lugar en el mundo de los negocios.

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Los precursores de las máquinas herramienta incluyeron taladros de arco y ruedas de alfarero , que habían existido en el antiguo Egipto antes de 2500 a. C., y tornos , que se sabe que existieron en múltiples regiones de Europa desde al menos 1000 a 500 a. C. ^[7] Pero no fue hasta finales de la Edad Media y la Era de la Ilustración que el concepto moderno de una máquina herramienta, una clase de máquinas utilizadas como herramientas en la fabricación de piezas de metal y que incorporan una trayectoria de herramienta guiada por máquina, comenzó a evolucionar. Los relojeros de la Edad Media y los hombres del renacimiento como Leonardo da Vinci ayudaron a expandir el entorno tecnológico de los humanos hacia las condiciones previas para las máquinas herramienta industriales. Durante los siglos XVIII y XIX, e incluso en muchos casos en el XX, los constructores de máquinas herramienta tendían a ser las mismas personas que luego las usarían para producir los productos finales (bienes manufacturados). Sin embargo, de estas raíces también evolucionó una industria de fabricantes de máquinas-herramienta tal como los definimos hoy, es decir, personas que se especializan en construir máquinas-herramienta para venderlas a otros.

Los historiadores de las máquinas herramienta suelen centrarse en un puñado de industrias importantes que más impulsaron el desarrollo de las máquinas herramienta. En orden de aparición histórica, han sido las armas de fuego (armas pequeñas y artillería ); los relojes ; la maquinaria textil; las máquinas de vapor ( estacionarias , marinas , ferroviarias y otras ) ( Roe ^[8] analiza la historia de cómo la necesidad de Watt de un cilindro preciso estimuló la máquina perforadora de Boulton ); las máquinas de coser ; las bicicletas ; los automóviles ; y la aviación . También se podrían incluir otras en esta lista, pero tienden a estar relacionadas con las causas fundamentales ya enumeradas. Por ejemplo, los cojinetes de elementos rodantes son una industria en sí mismos, pero los principales impulsores del desarrollo de esta industria fueron los vehículos ya enumerados: trenes, bicicletas, automóviles y aeronaves; y otras industrias, como los tractores, los implementos agrícolas y los tanques, tomaron prestado en gran medida de esas mismas industrias matrices.

Las máquinas herramienta cubrían una necesidad creada por la maquinaria textil durante la Revolución Industrial en Inglaterra a mediados y finales del siglo XVIII. ^[8] Hasta ese momento, la maquinaria se fabricaba principalmente de madera, a menudo incluyendo engranajes y ejes. El aumento de la mecanización requirió más piezas de metal, que generalmente estaban hechas de hierro fundido o hierro forjado . El hierro fundido se podía fundir en moldes para piezas más grandes, como cilindros de motor y engranajes, pero era difícil trabajarlo con una lima y no se podía martillar. El hierro forjado al rojo vivo se podía martillar para darle formas. El hierro forjado a temperatura ambiente se trabajaba con una lima y un cincel y se podía convertir en engranajes y otras piezas complejas; sin embargo, el trabajo manual carecía de precisión y era un proceso lento y costoso.

James Watt no pudo tener un cilindro perforado con precisión para su primera máquina de vapor, y lo intentó durante varios años hasta que John Wilkinson inventó una máquina perforadora adecuada en 1774, perforando el primer motor comercial de Boulton & Watt en 1776. ^{[8] [9]}

El avance en la precisión de las máquinas herramienta se remonta a Henry Maudslay y fue perfeccionado por Joseph Whitworth . James Nasmyth [10 ^], que trabajaba para Maudslay en 1829, dio fe de que Maudslay había establecido la fabricación y el uso de calibradores de plano maestro en su taller (Maudslay & Field), ubicado en Westminster Road, al sur del río Támesis en Londres, alrededor de 1809. Nasmyth documentó su uso en su autobiografía.

El proceso mediante el cual se producían los calibradores de planos maestros se remonta a la antigüedad, pero se perfeccionó hasta un grado sin precedentes en el taller de Maudslay. El proceso comienza con tres placas cuadradas a cada una de las cuales se les asigna una identificación (por ejemplo, 1, 2 y 3). El primer paso es frotar las placas 1 y 2 juntas con un medio de marcado (llamado actualmente pavonado) revelando los puntos altos que se eliminarían raspando a mano con un raspador de acero, hasta que no se vieran irregularidades. Esto no produciría superficies verdaderamente planas sino un ajuste cóncavo-cóncavo y convexo-convexo de "rótula", ya que este ajuste mecánico, como dos planos perfectos, puede deslizarse uno sobre el otro y no revelar puntos altos. El frotado y el marcado se repiten después de rotar 2 con respecto a 1 90 grados para eliminar la curvatura cóncavo-convexa "en forma de papa frita". A continuación, se compara la placa número 3 y se raspa para que se ajuste a la placa número 1 en las mismas dos pruebas. De esta manera, las placas número 2 y 3 serían idénticas. A continuación, se compararían las placas número 2 y 3 entre sí para determinar qué condición existía: si ambas placas eran "bolas", "encastres" o "astillas" o una combinación de ambas. Luego se rasparían hasta que no existieran puntos altos y luego se compararían con la placa número 1. Al repetir este proceso de comparación y raspado de las tres placas se podrían producir superficies planas con una precisión de millonésimas de pulgada (el espesor del medio de marcado).

El método tradicional de producción de los calibres de superficie utilizaba un polvo abrasivo frotado entre las placas para eliminar los puntos altos, pero fue Whitworth quien contribuyó con el perfeccionamiento de reemplazar el pulido por el raspado manual. En algún momento después de 1825, Whitworth fue a trabajar para Maudslay y fue allí donde Whitworth perfeccionó el raspado manual de los calibres de superficie plana maestros. En su artículo presentado a la Asociación Británica para el Avance de la Ciencia en Glasgow en 1840, Whitworth señaló la inexactitud inherente del pulido debido a la falta de control y, por lo tanto, a la distribución desigual del material abrasivo entre las placas, lo que produciría una eliminación desigual del material de las placas.

Con la creación de calibres de plano maestro de tan alta precisión, todos los componentes críticos de las máquinas herramienta (es decir, superficies de guía como las guías de las máquinas) podrían compararse con ellos y rasparse hasta obtener la precisión deseada. ^[8] Las primeras máquinas herramienta ofrecidas para la venta (es decir, disponibles comercialmente) fueron construidas por Matthew Murray en Inglaterra alrededor de 1800. ^[11] Otros, como Henry Maudslay , James Nasmyth y Joseph Whitworth , pronto siguieron el camino de expandir su espíritu empresarial desde productos finales manufacturados y trabajo de mecánico de molinos al ámbito de la construcción de máquinas herramienta para la venta.

Las primeras máquinas herramienta importantes incluyeron el torno de apoyo deslizante, el torno de corte de tornillos , el torno de torreta , la fresadora , el torno de trazado de patrones, la formadora y la cepilladora de metales , que se usaban antes de 1840. ^[12] Con estas máquinas herramienta, el objetivo de décadas de antigüedad de producir piezas intercambiables finalmente se hizo realidad. Un ejemplo temprano importante de algo que ahora se da por sentado fue la estandarización de los sujetadores de tornillos como tuercas y pernos. Antes de principios del siglo XIX, estos se usaban en pares, e incluso los tornillos de la misma máquina generalmente no eran intercambiables. ^[13] Se desarrollaron métodos para cortar la rosca de tornillo con una mayor precisión que la del tornillo de alimentación en el torno que se usaba. Esto condujo a los estándares de longitud de barra del siglo XIX y principios del XX.

La producción estadounidense de máquinas-herramientas fue un factor decisivo para la victoria de los aliados en la Segunda Guerra Mundial. La producción de máquinas-herramientas se triplicó en Estados Unidos durante la guerra. Ninguna guerra fue más industrializada que la Segunda Guerra Mundial, y se ha escrito que la guerra se ganó tanto con talleres de máquinas como con ametralladoras. ^{[14] [15]}

La producción de máquinas-herramientas se concentra en unos 10 países de todo el mundo: China, Japón, Alemania, Italia, Corea del Sur, Taiwán, Suiza, EE.UU., Austria, España y algunos otros. La innovación en máquinas-herramientas continúa en varios centros de investigación públicos y privados en todo el mundo.

[T]odo el torneado del hierro para la maquinaria de algodón construida por el Sr. Slater se hacía con cinceles manuales o herramientas en tornos accionados por manivelas con fuerza manual.

—  David Wilkinson ^[16]

Las máquinas herramienta pueden funcionar con distintas fuentes. En el pasado se utilizaba la fuerza humana y animal (a través de manivelas , pedales , cintas de correr o ruedas de andar ), así como la fuerza hidráulica (a través de ruedas hidráulicas ); sin embargo, tras el desarrollo de las máquinas de vapor de alta presión a mediados del siglo XIX, las fábricas utilizaron cada vez más la fuerza del vapor. Las fábricas también utilizaban la fuerza hidráulica y neumática. Muchos talleres pequeños siguieron utilizando la fuerza del agua, humana y animal hasta la electrificación después de 1900. ^[17]

Hoy en día, la mayoría de las máquinas herramienta funcionan con electricidad; a veces se utiliza energía hidráulica y neumática, pero esto es poco común. ^{[ cita requerida ]}

Las máquinas herramienta pueden operarse manualmente o bajo control automático. ^[18] Las primeras máquinas usaban volantes para estabilizar su movimiento y tenían sistemas complejos de engranajes y palancas para controlar la máquina y la pieza en la que se trabajaba. Poco después de la Segunda Guerra Mundial, se desarrolló la máquina de control numérico (NC). Las máquinas NC usaban una serie de números perforados en cinta de papel o tarjetas perforadas para controlar su movimiento. En la década de 1960, se agregaron computadoras para dar aún más flexibilidad al proceso. Estas máquinas se conocieron como máquinas de control numérico computarizado (CNC) . Las máquinas NC y CNC podían repetir secuencias con precisión una y otra vez, y podían producir piezas mucho más complejas que incluso los operadores de herramientas más capacitados. ^{[ cita requerida ]}

En poco tiempo, las máquinas podían cambiar automáticamente las herramientas de corte y modelado específicas que se estaban utilizando. Por ejemplo, una taladradora podía contener un cargador con una variedad de brocas para producir agujeros de varios tamaños. Anteriormente, los operadores de las máquinas normalmente tenían que cambiar manualmente la broca o mover la pieza de trabajo a otra estación para realizar estas diferentes operaciones. El siguiente paso lógico fue combinar varias máquinas herramienta diferentes, todas bajo control informático. Estos se conocen como centros de mecanizado y han cambiado drásticamente la forma en que se fabrican las piezas. ^{[ cita requerida ]}

Ejemplos de máquinas herramienta son:

• Maquina brochadora
• Taladro de columna
• Moldeador de engranajes
• Máquina de tallado
• Piedra de afilar
• Torno
• Máquina de bruñir
• Maquinas de tornillos
• Fresadora
• Cizalla (chapa metálica)
• Moldeador
• Sierra de cinta

  

  Sierras
• Cepilladora
• Molinos de plataforma Stewart
• Máquinas rectificadoras
• Máquinas multitarea (MTM): máquinas herramienta CNC con muchos ejes que combinan torneado, fresado, rectificado y manipulación de materiales en una máquina herramienta altamente automatizada.

Al fabricar o dar forma a las piezas, se utilizan varias técnicas para eliminar el metal no deseado. Entre ellas se encuentran:

• Mecanizado por descarga eléctrica
• Rectificado (corte abrasivo)
• Herramientas de corte de múltiples filos
• Herramientas de corte de un solo filo

Se utilizan otras técnicas para añadir el material deseado. Los dispositivos que fabrican componentes mediante la adición selectiva de material se denominan máquinas de prototipado rápido .

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Según una encuesta de la firma de investigación de mercado Gardner Research, en 2014 el mercado mundial de máquinas herramienta alcanzó una producción de aproximadamente 81 mil millones de dólares. ^[19] El mayor productor de máquinas herramienta fue China, con una producción de 23,8 mil millones de dólares, seguido por Alemania y Japón, muy cerca el uno del otro, con 12,9 mil millones y 12,88 mil millones de dólares, respectivamente. ^[19] Corea del Sur e Italia completaron los 5 principales productores con ingresos de 5,6 mil millones y 5 mil millones de dólares, respectivamente. ^[19]

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• Holland, Max (1989), Cuando la máquina se detuvo: una historia aleccionadora de la América industrial , Boston: Harvard Business School Press, ISBN 978-0-822-3-3 978-0-87584-208-0, OCLC  246343673. Una historia más específica de Burgmaster, que se especializó en taladros de torreta; pero al contar la historia de Burgmaster y la de su comprador Houdaille, Holland proporciona una historia de la industria de la máquina herramienta en general entre la Segunda Guerra Mundial y la década de 1980 que se encuentra a la altura de la cobertura de Noble de la misma era (Noble 1984) como una historia seminal. Posteriormente se volvió a publicar con el título De la industria a la alquimia: Burgmaster, una empresa de máquinas herramienta .
• Jerome, Harry (1934), "Mecanización en la industria", NBER , Cambridge, Massachusetts, EE.UU.: Oficina Nacional de Investigación Económica de EE.UU.
• Moore, Wayne R. (1970), Fundamentos de precisión mecánica (1.ª ed.), Bridgeport, Connecticut, EE. UU.: Moore Special Tool Co., LCCN  73127307La empresa de la familia Moore , Moore Special Tool Company, inventó de forma independiente el mandrilador de plantilla (al mismo tiempo que su invención suiza), y la monografía de Moore es un clásico seminal de los principios del diseño y la construcción de máquinas herramienta que producen la mayor exactitud y precisión posibles en las máquinas herramienta (sólo superada por la de las máquinas metrológicas ). La firma Moore personificó el arte y la ciencia del fabricante de herramientas y matrices .
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• Hounshell, David A. (1984), Del sistema americano 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 Una de las historias más detalladas de la industria de las máquinas herramienta desde finales del siglo XVIII hasta 1932. No es exhaustiva en cuanto a nombres de empresas y estadísticas de ventas (como en el caso de Floud), pero sí muy detallada en cuanto a la exploración del desarrollo y la difusión de la intercambiabilidad practicable y el pensamiento detrás de los pasos intermedios. Citada extensamente en trabajos posteriores.
• Noble, David F. (1984), Fuerzas de producción: una historia social de la automatización industrial , Nueva York, Nueva York, EE. UU.: Knopf, ISBN 978-0-394-51262-4, Número de serie LCCN  83048867. Una de las historias más detalladas de la industria de las máquinas herramienta desde la Segunda Guerra Mundial hasta principios de la década de 1980, contada en el contexto del impacto social de la evolución de la automatización a través de NC y CNC.
• Roe, Joseph Wickham (1937), James Hartness: Un representante de la era de las máquinas en su máximo esplendor, Nueva York: Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos , LCCN  37016470, OCLC  3456642.Enlace de HathiTrust .

Una biografía de un fabricante de máquinas herramienta que también contiene algo de historia general de la industria.

• Rolt, LTC (1965), Una breve historia de las máquinas herramienta, Cambridge, Massachusetts, EE. UU.: MIT Press, OCLC  250074. Coedición publicada como Rolt, LTC (1965), Herramientas para el trabajo: una breve historia de las máquinas herramientas , Londres: BT Batsford, LCCN  65080822.
• Ryder, Thomas and Son, Machines to Make Machines 1865 to 1968 (Máquinas para hacer máquinas de 1865 a 1968 ), un folleto conmemorativo del centenario (Derby: Bemrose & Sons, 1968)

• Hitos en la historia de las máquinas-herramienta

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