Guía de automatización para principiantes

En la permanente búsqueda de la eficiencia operativa y del incremento de la rentabilidad, las empresas manufactureras en México están viendo la automatización como una opción cada vez más viable e ineludible. Si en su empresa se está tomando ya esta consideración, esta sencilla guí­a le será de gran utilidad.

Viendo las revistas comerciales de hoy en dí­a o asistiendo a una feria comercial, parece que todo el mundo está hablando sobre automatización. Años atrás, la automatización era algo que solo las compañí­as automotrices o las empresas con una producción sustancial podrí­an permitirse. La tecnologí­a de automatización que está disponible ahora es lo suficientemente asequible como para que más talleres la consideren, y suficientemente flexible como para ser efectiva para lotes más pequeños, pero ¿dónde deberí­a comenzar un principiante?

El objetivo de este artí­culo es proveer algunos conceptos básicos sobre automatización que permitirán a los prospectos de usuarios de estas tecnologí­as evaluar mejor sus propias necesidades y entender las decisiones que deberán tomar cuando consideren la automatización en una máquina herramienta. Aunque nos enfocaremos en celdas que están basadas en un robot articulado, los conceptos aquí­ contenidos pueden ser igualmente aplicados a otras formas de automatización.

Configuración básica de la celda

Las celdas de automatización básicas consisten de una única máquina y un único robot pero, en el “mundo real de la automatización” no existen lí­mites: una, dos o incluso 20 máquinas y varios robots pueden ser parte de una celda de automatización. Aunque no hay configuraciones estándar, las celdas básicas tienden a ser similares. Los componentes primarios son la máquina herramienta; el robot; la herramienta del extremo del brazo (EOAT, por sus siglas en inglés) como pinzas y otros dispositivos sujetadores; la interfaz eléctrica entre el robot y la máquina; los sistemas de entrada/salida y las guardas.

Requerimientos de la celda

Entender qué quiere usted que haga la celda es muy importante. Aquí­ hay apenas unas pocas preguntas en las que usted debe pensar cuando considere una celda de automatización. Usted podrí­a querer que descargue y cargue la máquina herramienta pero, más especí­ficamente, ¿Usted quiere algo diseñado para cargar solo un tipo de parte o lo suficientemente flexible como para manipular también otras partes? Las otras partes podrí­an ser una familia de partes y a su vez mantener al mí­nimo los cambios, o la celda podrí­a ser diseñada para manipular casi cualquier parte dentro de un rango de tamaño. Es importante notar que la flexibilidad tiende a costar más dinero. ¿Con qué frecuencia y qué tipo de cambio está esperando? La automatización puede ser configurada para permitir el cambio automático de algunos componentes, pero, como es de esperar, esto es más caro que cambiar manualmente los componentes. ¿Cuánta capacidad de alimentación quisiera que la celda manejara? Una alta capacidad es grandiosa; sin embargo, demasiada capacidad puede tomar mucho espacio y ser un desperdicio. ¿Cuánto espacio tiene para la celda? ¿Planea operar la celda siempre con el robot todo el tiempo o la máquina será usada sin el robot por algunos periodos de tiempo?

El robot

El robot por sí­ mismo tiende a ser el componente principal en la celda de automatización y es el dispositivo que provee la mayorí­a de los movimientos requeridos. Para esta discusión se han dividido entre robots de tipo cartesiano y robots de tipo articulado. El robot de tipo cartesiano o tipo X/Y es básicamente una pinza en dos rieles. Este tipo de robot se encuentra usualmente en centros de torneado. Un riel posiciona al robot sobre la máquina y el otro riel baja el robot dentro de la máquina y hacia el husillo. Ocasionalmente, un tercer eje es usado para permitir al robot un mejor acceso al husillo en presencia de obstáculos como, por ejemplo, cuando la configuración de la puerta limita el acceso directo al husillo.

A menudo, pero no exclusivamente, este tipo de robots es desarrollado y vendido como una opción semi estándar por parte del proveedor de la máquina herramienta y son adquiridos como parte de un paquete junto con la máquina herramienta. Estos robots cartesianos tienden a ser menos costosos que los brazos articulados, pero no son tan flexibles. Solo pueden moverse hacia adelante/atrás y hacia arriba/abajo a lo largo de los rieles. Si todo lo que va a hacer es cargar/descargar y no ve necesidad de ir más allá de esto, entonces esta puede ser una buena solución para considerar.

Los robots articulados son los brazos de 6 ejes que son tradicionalmente considerados como robots industriales. Estos robots son muy flexibles y pueden articularse en lugares de difí­cil y acceso y ejecutar muchas otras tareas además de cargar/descargar. Estos robots pueden montarse en el suelo, en un muro, e incluso al revés dependiendo de los requerimientos de la celda. Este tipo de robot es producido en diferentes configuraciones por numerosas compañí­as para uso en un amplio rango de industrias. Es importante asegurarse de que está comprando un robot que está diseñado para la aplicación prevista. Por ejemplo, un uso popular de los robots industriales es en laboratorios. Los robots diseñados para esta aplicación limpia no serí­an adecuados para los ambientes llenos de viruta y goteo de refrigerante que son predominantes en la mayorí­a de los talleres. Para determinar si su robot es apto para el ambiente, los robots o partes del robot tendrán una calificación IP (protección de ingreso). Esta calificación es un número de dos dí­gitos dónde el primer dí­gito hace referencia a la protección contra partí­culas y el segundo a la protección contra lí­quidos. Por ejemplo, una calificación IP de 63 es a prueba de polvo y puede soportar goteo de agua, mientras que una calificación IP de 66 es también a prueba de polvo, pero permite contacto directo de agua/lí­quidos con el robot.

Los robots industriales son dimensionados por alcance y carga útil. La máxima carga útil de un robot está normalmente indicada en un punto especí­fico en el centro de la placa del robot. Todo lo que se agregue al extremo del robot debe ser incluido como parte de la carga útil. Muchos se sorprenden al descubrir que esto incluye no solo los componentes a ser cargados y descargados, sino también las pinzas y otros dispositivos sujeta partes que se monten en el extremo del robot. Adicionalmente, la distancia de las pinzas a la cara del robot puede afectar la carga útil. La mayorí­a de las compañí­as de robots tienen calculadoras que permiten evaluar los detalles de la herramienta en el extremo del brazo para cumplir con la máxima carga útil del robot. Aunque no se puede sustituir el uso de una calculadora de carga formal, una buena regla general cuando se usan herramientas básicas en el extremo del brazo es atribuir la mitad de la carga útil a las partes y la mitad para las pinzas/placas de montaje.

El alcance del robot es otra consideración importante. El robot necesita alcanzar no solo la máquina, sino también el sistema de alimentación/salida.

Herramientas en el extremo del brazo

EOAT es el término genérico para las herramientas aseguradas al brazo robótico y que ejecutan las tareas que el robot necesita hacer. En la carga/descarga de máquinas herramienta, estas son normalmente pinzas neumáticas que son usadas para sujetar las partes. Aunque en ocasiones son utilizados métodos como copas de succión y/o magnetismo, la gran mayorí­a de EOAT para carga/descarga en máquinas herramienta son pinzas neumáticas. Al igual que con los robots, asegúrese de que está usando pinzas con un grado industrial adecuado diseñadas para el ambiente en el que serán usadas.

La pregunta inicial es usualmente ¿cuántas pinzas se necesitan en la EOAT? Cuando se carga una sola herramienta de sujeción como un mandril en un torno o una prensa en una fresadora, la respuesta común es dos. Una pinza sujeta la parte terminada y la remueve del sujetador y la otra pinza ya lleva el material de trabajo y lo carga en el ahora abierto sujetador. Este concepto de dos pinzas para permitir la descarga y la carga en un solo recorrido es popular por reducir el tiempo de carga/descarga, pero incrementa el peso en el extremo del robot. Por ejemplo, si están cargando dos herramientas de sujeción, la primera operación en una prensa y la segunda operación en la segunda prensa, el número de pinzas se incrementará aún más. Es importante incluir este factor cuando se calcule el peso de la EOAT y, a su vez, de la carga útil del robot.

La siguiente pregunta es el tipo de pinza. Una mirada a un catálogo de pinzas y las opciones parecerán abrumadoras; sin embargo, en realidad, una vez se concentra en las pinzas diseñadas para la tarea de cargar/descargar máquinas herramienta, las opciones son usualmente mucho más manejables. Cuando se sujetan partes cuadradas, rectangulares o partes con superficies planas opuestas, una pinza con dos mandí­bulas de cierre paralelo parece ser la indicada. Cuando se sujetan partes redondas o hexagonales, pinzas con tres mordazas de cierre central son preferidas. También se encuentran disponibles pinzas de cuatro mordazas y se prestan para tomar partes desde una bandeja. Las pinzas de tres mordazas tienden a tener una mordaza fuera de lugar al tomar piezas de una bandeja u otro método donde las partes se organicen en filas y columnas. Una pinza de cuatro mordazas posiciona una mordaza en cada esquina, eliminando la interferencia. Las pinzas vienen en diferentes tamaños y son clasificadas de acuerdo con su fuerza de apriete y carrera. Trate de seleccionar la pinza más pequeña que pueda realizar el trabajo con el fin de mantener el peso de la EOAT al mí­nimo.

La mayorí­a de compañí­as de pinzas ofrecen plantillas de dedos que pueden ser maquinados y/o modificados para sujetar partes, similar a lo que se hace con las mordazas de mandriles y prensas. Desafortunadamente, estos dedos no pueden ser maquinados en sitio como una prensa o mordaza para mandril, así­ que un accesorio simple se puede utilizar para sostener los dedos en el lugar apropiado para el mecanizado. Cuando se mecanice un conjunto de dedos, hágalo de tal forma que se permita la mejor apertura posible para facilitar la sujeción de las piezas entrantes. Un chaflán o radio también ayudarí­a a una mejor sujeción. Las partes entrantes no siempre son consistentes. La apertura adicional y los chaflanes simplemente facilitan la acomodación de partes con diferencias no planificadas.