Las máquinas de herramientas modernas se caracterizan, en primera línea, por la fabricación o elaboración de piezas de trabajo con herramientas. Como máquinas de trabajo, son ellas (y no el ser humano) las que determinan durante el funcionamiento la guía mutua de pieza de trabajo y herramienta. Junto con instrumentos de medición y de inspección, dispositivos y herramientas sencillas, las máquinas de herramientas son medios de producción y pueden ser subdivididos de diferentes formas dependiendo de su variedad.
Debido al desarrollo técnico, que avanza a gran velocidad, las máquinas de herramientas se definen cada vez más como instalaciones de producción mecanizadas y, en su caso, automatizadas. Este último atributo representa el progreso técnico y los esfuerzos actuales de la industria: tanto la automatización como la interconexión de máquinas con sistemas inteligentes tienen una gran influencia sobre las características y la función de las máquinas de herramientas dentro del sector industrial.
Construcción de máquinas de herramientas mediante grupos constructivos
A pesar de que la variedad de máquinas de herramientas, así como el número de sus ámbitos de aplicación y aplicaciones, es enorme, suelen presentar una composición similar, casi común. Esta está integrada típicamente por grupos constructivos modulares que hacen que la máquina en cuestión sea utilizable solo una vez se combina de la forma respectiva. Conforme al principio de piezas de construcción, el modo de construcción modular permite no solo una puesta en servicio sencilla sino que también ofrece la posibilidad de cumplir requisitos específicos de aplicación a aplicación. Además, los componentes del sistema pueden ser sustituidos en un momento posterior.
Como grupo constructivo y base fundamental de cada máquina de herramientas se utiliza el bastidor de máquina. Este aporta a la máquina completa su aspecto típico, soporta los componentes habituales y los conecta entre sí. De gran relevancia es el bastidor de una máquina de herramientas especialmente en aparatos amplios y complejos sometidos a grandes efectos de carga. Al contrario de las máquinas pequeñas en las que una mesa suele actuar como bastidor, los bastidores de máquinas de aparatos más grandes deben aportar resistencia contra deformaciones elásticas. Por tanto, al elegir el material del bastidor son importantes características tales como densidad, amortiguación y conductividad térmica. Algunas máquinas de herramientas requieren, además, una base fundida para poder garantizar una alta rigidez.
También determinante para una funcionalidad duradera de las máquinas de herramientas es el grupo constructivo de las guías y alojamientos. Este indica sobre qué ejes se pueden y deben mover componentes móviles de la máquina. Dado que guías y alojamientos se encuentran en contacto directo con otros componentes del sistema, están sometidos a un desgaste que puede ser reducido, por ejemplo, mediante cojinetes de bolas.
Control y accionamiento: precursores de la automatización
Como unidad de accionamiento primaria, motor y reductor se encargan del movimiento principal de trabajo de la máquina de herramientas. A ello se unen diversos accionamientos complementarios, tales como los llamados accionamientos de avance para el posicionamiento de la herramienta. Los distintos elementos de accionamiento no solo ponen en marcha una máquina de herramientas sino que también representan un factor importante para la precisión de trabajo y, respectivamente, de la calidad de las piezas a procesar. Las correspondientes características las presentan los accionamientos de eje hueco de Harmonic Drive® de las series FHA, CHA y CanisDrive®. Gracias a un cojinete de salida reforzado con la más alta rigidez y precisión, estos accionamientos pueden absorber altas cargas de forma rápida y sencilla, y garantizan una larga vida útil y, si es necesario, breves tiempos de oscilación.
La unidad de control sirve principalmente para la automatización de la máquina y asume diversas tareas que previamente se ejecutaban manualmente o con elementos mecánicos. Así, controla y regula pasos de producción, registra datos relacionados con máquinas y herramientas y guarda programaciones de producción. Para ello, las máquinas de herramientas se sirven de sistemas electrónicos tales como elementos constructivos semiconductores y relés, pero, sobre todo, de controles a numéricos. Estos ofrecen mucha más flexibilidad que muchos otros mandos de desarrollo.
Otros grupos constructivos de máquinas de herramientas modernas son guardadores de herramientas y cambiadores, cambiadores de piezas de trabajo, alojamientos de herramientas y dispositivos de suministro y de eliminación de desechos. A ello se unen dispositivos de seguridad y sistemas de medición (por ejemplo, para determinar la posición de la herramienta).
Resumen de los grupos constructivos típicos de una máquina de herramientas:
Clasificación de máquinas de herramientas según el proceso de fabricación
Ya sea cantidad de ejes, cinemática, precisión o grado de automatización: las máquinas de herramientas ofrecen numerosas posibilidades de clasificación. Entre las clasificaciones más conocidas y más utilizadas se encuentra, especialmente, la clasificación según el proceso de fabricación clásico. Así, los tornos y máquinas fresadoras, como también las máquinas perforadoras, máquinas de aserrar, afiladoras y aparatos similares se asignan a la clase tensora, mientras que las curvadoras y máquinas de laminar y las prensas pertenecen a las máquinas de herramientas modeladoras. Guillotinas y punzonadoras se encuentran entre las máquinas cortadoras. A la clase de las máquinas sustractivas pertenecen, entre otras, las máquinas de elaboración por láser y las de corte de chorro de agua. Las máquinas que realizan tareas tales como soldadura autógena, soldadura heterogénea (con material de aporte) y pegado, son parte de la clase unidora.
Máquinas de herramientas en el transcurso de tiempo
La producción en masa de bienes de uso y de consumo del siglo XXI se basa en gran medida en el creciente desarrollo de las máquinas de herramientas. Hoy, máquinas potentes, casi completamente automatizadas, forman parte del equipamiento básico de talleres de producción y fabricantes modernos del sector industrial. En cualquier caso, el comienzo de la historia de las máquinas de herramientas no se sitúa en los últimas décadas; hace ya muchos siglos, incluso miles de siglos, aparecieron los antecesores de las máquinas de herramientas actuales. Así, el invento de la que probablemente es la primera máquina de herramientas, un dispositivo de perforación primitivo, tuvo lugar hace unos 6.000 años. Aunque estos y otros aparatos posteriores, entre los que se encuentran bancos giratorios y afiladoras, no son comparables a los modelos actuales cumplen algunos criterios de definiciones actuales de máquinas de herramientas.
En el marco de la revolución industrial y debido al cambio de la sociedad aumentó la necesidad de máquinas de herramientas cada vez más potentes y avanzadas. La actuación manual del ser humano aumentó continuamente, ya que mediante innovaciones pudieron conseguirse tanto una rentabilidad sensiblemente más alta, como mayores cantidades de producción. La demanda creciente no solo condujo a una mayor popularidad de las máquinas sino que también propició su progreso técnico de forma imparable. Con el desarrollo de tornos y máquinas perforadoras en el siglo XVIII y XIX, por ejemplo, el metal se convirtió en un material habitual. En el siglo XX, con el Computerized Numerical Control, «CNC», se consiguió el siguiente gran paso en el desarrollo. Este es un control numérico asistido por ordenador para controlar máquinas de herramientas adaptado individualmente a la aplicación respectiva y que suele disponer de un sistema operativo propio con interfaz de usuario.