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Trocadores Robóticos de Ferramentas da ATI  
 
 

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Republicado com permissão da revista MetalForming - copyright 1997.

Trocadores de Ferramentas Aumentam a Versatilidade de um Robô

Os trocadores robóticos de ferramentas permitem aos robôs a flexibilidade para a troca automática de efetores ou outro ferramental periférico. Estes trocadores de ferramentas foram projetados para serem confiáveis por milhões de ciclos à cargas previstas enquanto mantém uma fidelidade extremamente alta. Por exemplo, montadoras de automóveis utilizam o sistema de produção just-in-time para peças automotivas, e os trocadores de ferramentas trocam os tamanhos de prensas de semi-acabados até quatro ou cinco vezes por turno.  

Capacitar um único robô a trocar efetores durante um processo de fabricação ou montagem, de forma semelhante a um ser humano ser capaz de usar ferramentas diferentes, aumenta a flexibilidade do robô. Em meio a uma ampla variedade de aplicações que requerem a troca automática de ferramentas, o que conta no final, é a significativa redução de tempo valioso e sem produção empregado na troca de ferramental.

Anatomia do Quick-Change

Um robô programável que é capaz de realizar diversas tarefas requer um meio rápido de se trocar efetores. Por ser essencialmente uma extensão do braço do robô, um trocador automático de ferramentas precisa ter características físicas que sejam pelo menos equivalentes às do seu próprio braço. Deve segurar a ferramenta firmemente, mesmo na eventualidade de falhas no fornecimento elétrico ou de ar.  

Exemplos de trocadores robóticos de alta precisão estão nos trocadores de ferramentas Quick-Change patenteados pela ATI Industrial Automation. O trocador possui uma placa Mestra montada no braço do robô e uma placa de Ferramentas fixada na ferramenta. O coração do mecanismo de travamento é um pistão a ar localizado na placa Mestra. O nariz do pistão possui um afunilamento de 45 graus. Ao lado, há uma seção cilíndrica e depois, um afunilamento de 15 graus.

Trocador de Ferramentas -- Acessório de Marketing

A FANUC Robótica North America, Inc., produz uma variedade de robôs industriais e sistemas robóticos. As aplicações para máquinas e sistemas desenvolvidas pela FANUC cobrem todos os aspectos da manufatura, incluindo soldagem, pintura e distribuição, paletização, manejo de peças, carga/descarga de prensa, etc.  

Em sua sede em Auburn Hills, MI nos EUA, a FANUC Robotics mantém instalações completas para demonstração e instrução. Devido à ampla gama de aplicações em potencial, a sala de demonstrações requer uma forma rápida de troca entre uma ferramenta e outra.

"O trocador de ferramentas Quick-Change realmente nos ajuda muito a demonstrar a versatilidade dos nossos robôs", disse Robert Anderson, engenheiro de produto e aplicações. "O conceito do Quick-Change torna fácil programar o robô para apanhar ferramentas. O afunilamento de 45 graus no pistão serve para guiar a união das duas placas, assim o posicionamento não precisa ser exato".

Anderson diz que gosta especialmente do recurso anti-falhas. "Ás vezes, durante uma sessão de treinamento, desligamos a pressão de ar de travamento quando discutimos algo. É tranquilizador saber que a ferramenta não pode cair". A única forma de se remover uma ferramenta é pressurizando os mecanismos de destravamento.

Entendendo Montagens

As montadoras de automóveis foram os pioneiros no uso de sistemas robóticos, equipando suas linhas de carregamento de prensas com robôs. Hoje em dia, a existência de sistemas mais acessíveis e o avanço na tecnologia de trocadores de ferramentas, manipuladores, controles e equipamentos de segurança, tornaram os robôs uma opção mais atraente para fabricantes de menor porte.  

A utilização de robôs em conjunto, ou em sistemas de carga única, permite que fabricantes de todos os tipos de produtos montados, obtenham os benefícios de:

  • Maiores taxas de produtividade -- Os robôs geralmente carregam e descarregam com maior velocidade, além de eliminar a fadiga do operador e paralisações entre turnos;  
  • Redução de ferimentos em funcionários -- os operadores ficam longe de situações de perigo, pois o robô é capaz de operar mesmo nas condições ambientais mais severas.   
  • Maior flexibilidade -- Os robôs podem ser programados para executar ciclos contínuos ou intermitentes e lidar com uma variedade de formatos e tamanhos de componentes; e
  • Rápido retorno sobre investimento -- O ganho está na economia de mão-de-obra, aumento de produtividade, reduzido o inventário durante o processo e menor dano a peças.

Crescimento em Prensagem e Estampagem

Mais de 50% das aplicações robóticas na indústria automotiva executam tarefas de soldagem. Na segunda maior arena de aplicações - prensagem e estampagem - robôs que manejam materiais trazem chapas semi-acabadas para as prensas e removem os capôs, assoalhos, para-lamas, para-choques e uma ampla gama de componentes moldados do interior do corpo do veículo.  

Nas operações de prensa para prensa, cada aplicação requer um arranjo diferente para agarrar cada peça. A maioria das garras são do tipo acionado por ventosas de sucção. Alguns são garras mecânicas. Com o sistema de manufatura just-in-time, a linha de prensagem pode mudar de quatro a cinco vezes por turno. Naturalmente, o trocador de ferramentas se torna uma parte crucial do sistema.

As montadoras japonesas de automóveis foram as primeiras a capitalizar com os benefícios de segurança, flexibilidade e manutenção utilizando tanto trocadores manuais como automáticos de ferramentas em suas aplicações de estampagem de prensa para prensa. No início da década de 1990, a Nissan e a Mazda lideraram o caminho, realizando investimentos significativos para tornar os processos de estampagem mais flexíveis, enquanto retiravam funcionários desses locais relativamente perigosos onde operações de prensagem são realizados. Outros produtores japoneses logo seguiram o exemplo, incluindo empresas cujos produtos têm como alvo as indústrias de construção e agricultura.

Logo depois, a General Motors da Austrália, começou a instalar robôs programáveis nas suas operações de prensa e estampagem. Agora, a maioria das plantas de estampagem estão mudando para, ou pelo menos considerando, o uso de ferramental flexível.

Além dos benefícios de segurança, os robôs permitem a flexibilidade de se trocar de produção em minutos. Antes disso, a tarefa de troca de produção exigia ferramental dedicado, desperdiçando tempo precioso de produção, isto é, se sequer se conseguisse trocar o ferramental. Hoje, uma prensa de estampagem pode trocar de produzir um para-lama de caminhoneta leve para um para-choque de veículo potente em minutos.

Os benefícios de manutenção são óbvios. Quando uma ferramenta se desgasta, a capacidade de substitui-la em segundos, utilizando trocadores automáticos de ferramentas, mantém a linha de produção de estampagem em pleno funcionamento.

O investimento de capital necessário para a troca automática de ferramentas nas linhas de prensagem e estampagem é considerável. No entanto, uma outra tendência que segue em paralelo referente a troca automatizada de moldes, pode ajudar a acelerar a tomada de decisão por parte dos fabricantes dos EUA. A combinação de manejo automático de materiais, troca de ferramental e troca de moldes de produção, promete enormes benefícios para a produtividade.

Implementação Robótica

Caso um sistema robótico pareça viável para o processo de manufatura e montagem de uma empresa, a forma que a empresa escolher para comprar e implementar o sistema será uma de suas decisões mais importantes. Em muitos casos, a simples aquisição do robô, garra e estação de controle pode ser tudo que é necessário caso a empresa seja capaz de instalar o controlador lógico programável, o equipamento de segurança e outros hardwares periféricos.  

Há uma ampla variedade de trocadores de ferramentas no mercado. O processo de seleção é crucial porque os trocadores de ferramentas podem acrescentar de três a dez porcento ao custo de um sistema. O valor obtido precisa incluir versatilidade e flexibilidade, que afetam a fidelidade de um robô, carga útil, capacidade de movimento e vida operacional.

Qualquer que seja a decisão, o resultado final deverá ser um pacote abrangente de robô, com componentes elétricos, mecânicos e de controle projetados para trabalharem juntos. A escolha final aumentará a competitividade do fabricante. MF

Como Escolher um Trocador Robótico de Ferramentas

Certifique-se de examinar as especificações do trocador de ferramentas pois os fabricantes desses dispositivos podem variar seus fatores de margem de segurança.
Método Calculado:

A força dos trocadores robóticos de ferramentas é baseada em sua capacidade de momento. Utilize o seguinte método para uma aproximação do pior cenário possível.

  • Encontre o centro de gravidade (CG) aproximado do seu efetor mais pesado.
  • Calcule a distância (D) do CG até o fundo da placa de ferramentas.
  • Calcule o peso (W) do seu efetor mais pesado.
  • Multiplique (W) por (D) para obter um momento estático (M) aproximado ou um momento baseado em 1 G de inércia.
  • Encontre um Quick-Change (QC) com uma capacidade de momento estático com valor igual ou maior que (M).

Robôs podem produzir momentos que são de duas a cinco vezes mais altos que seu momento estático devido ao potencial de alta aceleração. Verifique a especificação QC para saber a capacidade de momento dinâmico e estático.

Pneumático e Elétrico:
Determine a quantidade e tamanho dos contatos pneumáticos e elétricos necessários. Quick-Changers maiores possuem portas pneumáticas e contatos elétricos maiores e em maior número.
Temperatura e Produtos Químicos:
A maioria dos QCs utilizam anéis-O de nitrilo. O nitrilo pode suportar variações de temperatura que vão de -20 graus Fahrenheit (aproximadamente -28,8 graus Celsius) a +150 graus Fahrenheit (aproximadamente 65,5 graus Celsius) e pode resistir a maioria dos produtos químicos. Caso suas temperaturas de uso estejam fora dessa faixa, ou se não tiver certeza sobre a resistência a produtos químicos, você deve entrar em contato com seu fabricante de QC.
Aplicações de Precisão:
Quando tratar de aplicações que requerem um alto fator de fidelidade, verifique as especificações de fidelidade do fabricante. Pergunte também ao fabricante se a fidelidade de movimentos repetidos foi testada para um milhão de ciclos.  

Tenha em mente que um trocador de ferramentas afeta a capacidade de momento do seu robô, bem como sua carga útil, desgaste, tamanho e fidelidade. Escolha um Quick-Changer com uma capacidade maior que a do seu robô.




   
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