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Los cambiadores de herramientas robóticos proporcionan robots con la flexibilidad para cambiar automáticamente los efectores terminales y otras mecanizaciones periféricas. Estos cambiadores de herramientas están diseñados para funcionar de manera confiable en millones de ciclos con cargas nominales, mientras ayuda a mantener una extremada repetitividad. Por ejemplo, los fabricantes de automóviles mantienen una programación de producción precisa de las piezas del cuerpo del automóvil, mientras los cambiadores de herramientas cambian los tamaños de la pieza en bruto de la prensa, tanto como cuatro o cinco veces por turno.
Permitir que un solo robot intercambie los efectores terminales durante el proceso de fabricación o montaje, del mismo modo que un ser humano opera diferentes herramientas, aumenta la flexibilidad del robot. En una variedad de aplicaciones de cambio de herramientas automáticas, el resultado final es una reducción significativa en el tiempo improductivo y costoso del cambio de herramienta.
Anatomía de Quick-Change
Un robot programable competente para una variedad de tareas requiere de medios rápidos para cambiar el efector terminal. Debido a que es esencialmente una extensión del brazo del robot, el cambiador de herramientas automático debe poseer las características físicas que sean, al menos, equivalentes al brazo del robot en sí. Debe mantener la herramienta firmemente, incluso si fallan la energía eléctrica o el suministro de aire.
Los cambiadores de herramientas Quick-Change patentados de ATI Industrial Automation son ejemplos de los cambiadores de herramientas de alta precisión. El cambiador tiene una placa maestra montada sobre el brazo del robot y una placa de herramienta unida a la herramienta. El centro del mecanismo de bloqueo es un pistón accionado por aire en la placa maestra. La punta del pistón tiene un angulo de 45 grados. Le sigue una sección cilíndrica, y finalmente un angulo de 15 grados.
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Cambiador de herramientas: comercialización de accesorios
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FANUC Robotics North America, Inc. produce una variedad de robots industriales y sistemas robóticos. Las aplicaciones para máquinas y los sistemas desarrollados por FANUC abarcan la fabricación de componentes marítimos, incluidas las soldaduras, la pintura y la dispensación, el paletizado, el manejo de piezas, las prensas de carga/descarga, etc.
Dentro de sus oficinas de Auburn Hill, MI, FANUC Robotics mantiene una instalación de demostración completa e instructiva. Debido al gran rango de aplicaciones potenciales, la sala de demostración necesita de un medio rápido para pasar de una herramienta a otra.
El cambiador de herramienta Quick-Change verdaderamente nos ayuda a demostrar la versatilidad de nuestros robots, sostiene Robert Anderson, Ingeniero de producto/aplicación. “El diseño del Quick-Change facilita la programación de la captación de herramientas. El angulo de 45 grados en el pistón sirve para pilotear dos placas juntas: el posicionamiento no tiene que ser preciso”.
Anderson dice que a él particularmente le gustan las características a prueba de fallos. “A veces, en las sesiones de capacitación, cerramos la presión de aire de bloqueo durante el período de debate. Es seguro saber que la herramienta no se cae”. La única forma de extraer la herramienta es presurizar los mecanismos de desenganche.
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Controle el montaje
Los fabricantes de automóviles fueron pioneros en el sistema robótico, y equiparon sus líneas de prensa de carga con robots. Ahora, los sistemas más económicos y el avance tecnológico en los cambiadores de herramientas automatizados, los manipuladores y los equipos de control y seguridad hacen que los robots sean atractivos para los pequeños fabricantes.
Al utilizar los robots en tándem, o en sistemas de carga única, los productores de todo tipo de productos ensamblados obtienen los beneficios de:
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Aumento de los índices de producción: generalmente, los robots cargan y descargan más rápido, así como eliminan el cansancio del operador y el tiempo de inactividad entre los turnos;
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Reducción de las lesiones del personal: los operadores están fuera de peligro, aunque los robots se desempeñan incluso en los ambientes más hostiles;
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Flexibilidad agregada: los robots pueden programarse para realizar ciclos continuos e intermitentes y manejar una gran variedad de formas y tamaños de los componentes.
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Rapidez en la recuperación de la inversión: la recompensa es el ahorro en mano de obra, el aumento de la productividad, y la reducción del inventario en proceso así como de las piezas dañadas.
Crecimiento en el Prensado y Estampado
Más del 50 por ciento de las aplicaciones robóticas en la industria automovilística realizan las operaciones de soldadura. En el segundo ámbito aplicaciones de prensado y estampado, los robots de manejo de materiales traen chapas a las prensas y remueven los capos modelados, las superficies, los guardabarros, los parachoques y una gran variedad de componentes debajo de la carrocería.
En las operaciones de prensa a prensa, cada aplicación necesita una disposición diferente para el agarre de las piezas. La mayoría de las pinzas son ventosas neumáticas. Algunas son pinzas mecánicas. Con la fabricación justo a tiempo, la línea de prensa puede cambiar de cuatro a cinco veces . Obviamente, el cambiador de herramientas se convierte en una pieza crucial del sistema.
Las fábricas de automóviles japoneses fueron las primeros en sacar provecho de la seguridad, flexibilidad y mantenimiento de los beneficios disponibles, tanto con los cambiadores automáticos como con los manuales en las aplicaciones de estampado prensa a prensa. A principios de 1990, Nissan y Mazda fueron los pioneros; hicieron inversiones importantes para hacer flexible la operación de estampado, al mismo tiempo que apartaban al personal de las operaciones de prensado relativamente peligrosas. Otros productores japoneses pronto hicieron lo mismo, incluidas las compañías cuyos productos se destinan a la construcción y a la agricultura.
Poco después, General Motors, Australia, comenzó a instalar robots programables en las operaciones de prensado y estampado. Ahora, la mayoría de los centros de estampado de los Estados Unidos están cambiando al uso de la mecanización flexible, o al menos lo están considerando.
Además de los beneficios de seguridad, los robots proporcionan la flexibilidad para cambiar la producción en minutos. Antes, la tarea de conmutación utilizaba mecanizaciones específicas, lo que le quitaba un tiempo preciado a la producción; en el caso, por supuesto, de que la mecanización hubiera podido cambiarse por completo. Hoy, una prensa de estampado puede pasar de producir una luz de guardabarros de camión a un parachoques de un auto deportivo y estar en funcionamiento en cuestión de minutos.
Los beneficios del mantenimiento son evidentes. Cuando una herramienta se desgasta, la capacidad para extraerla y reemplazarla en segundos con cambiadores de herramientas automática mantiene la producción de estampado alineada y en funcionamiento.
Es considerable la inversión de capital necesaria para el cambio automático de herramientas y las líneas de prensado. Sin embargo, la tendencia hacia un cambio de troquelado automático puede ayudar a los fabricantes estadounidenses a acelerar el proceso de toma de decisiones. La combinación del manejo de materiales automáticos, así como del cambio de herramientas y del cambio del molde de elaboración, promete enormes beneficios de producción.
Implementación robótica
Si un sistema robótico parece viable para los procesos de fabricación y montaje de una compañía, sigue siendo una de sus decisiones importantes la manera en que la compañía elije comprar e implementar el sistema. En muchos casos, comprar el robot y la estación, la pinza y la estación de control puede ser todo lo que se requiere si la compañía es capaz de instalar el controlador lógico programable, el equipo de seguridad y otro hardware periférico.
Una gran variedad de cambiadores de herramientas no están en el mercado. Este proceso de selección es clave, ya que los cambiadores de herramientas pueden agregarle al costo del sistema desde un tres a un diez por ciento. El valor recibido debe incluir versatilidad y flexibilidad, que afecta la repetitividad del robot, la carga útil y la vida útil.
Cualquiera que sea la decisión que se tome, el resultado final sería un conjunto robótico integral de componentes eléctricos, mecánicos y de control, diseñado para trabajar en equipo. La decisión definitiva mejorará la competitividad de los fabricantes. MF
Cómo seleccionar un cambiador de herramientas robótico.
Tenga cuidado al examinar las especificaciones del cambiador de herramienta ya que los fabricantes del cambiador de herramienta varían el factor de margen de seguridad.
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Método calculado:
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La fortaleza del cambiador de herramientas robótico se basa en su capacidad de momento. Utilice el siguiente método para aproximarse a su peor escenario.
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Encuentre el centro de gravedad (CG) aproximado de su efector terminal más pesado.
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Calcule la distancia (D) del CG hasta el final de la placa de herramienta.
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Calcule el peso (P) del efector terminal más pesado.
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Multiplique (P) veces (D) para obtener un momento (M) estático aproximado o un momento basado en la G de la inercia.
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Encuentre el cambiador rápido (QC) con una capacidad de momento estático de igual o mayor valor que (M).
Los robots pueden producir momentos que son de dos a cinco veces más altos que su momento estático debido a su potencial de alta aceleración. Consulte las especificaciones de QC para la capacidad de momento estático y dinámico.
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Neumática y eléctrica:
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Determine el número y tamaño de los contactos eléctricos y neumáticos necesarios. Los Quick-Changers más grandes tienen numerosos orificios neumáticos y contactos eléctricos más grandes y más numerosos.
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Temperatura y productos químicos:
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La mayoría de los QCs utiliza juntas tóricas de nitrilo. El nitrilo puede soportar temperaturas que oscilan de los -20 °F a los +150° y puede tolerar más productos químicos. Si las temperaturas están fuera de este rango, o usted no está seguro de la resistencia a los productos químicos, debe ponerse en contacto con el fabricante de QC.
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Aplicaciones de precisión:
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Cuando se trate de aplicaciones que requieren una alta repetitividad, consulte las especificaciones de repetitividad del fabricante. Además, pregunte si se ha probado la repetitividad para un millón de ciclos.
Tenga en cuenta que un cambiador de herramientas afecta la capacidad del momento, la carga única, el desgaste, el tamaño y la repetitividad de su robot. Seleccione un Quick-Changer con una capacidad mayor a la de su robot.
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