diseÑo de un brazo neumÁtico - cavanilles

Programación de la Producción en Fabricación Mecánica

Proyecto de Fin de Ciclo

DISEÑO DE UN BRAZO NEUMÁTICO

Autor: Antonio Gomis Candel

Tutor: José Ángel Caballero Martín

Introducción

En el documento que se presenta a continuación se produce el desarrollo del diseño de un

brazo robótico o robot industrial y los pasos necesarios para su fabricación. Este diseño

posee unas características que lo diferencian del resto de diseños existentes: los diferentes

movimientos que realice se efectuarán por medio de la fuerza ejercida por actuadores

neumáticos lineales.

Con ello pretendemos obtener un diseño lo más sencillo posible para minimizar así el

proceso de fabricación y montaje. Con ello podremos obtener un coste de producción lo

más reducido posible.

Este proceso se complementará mediante el uso de herramientas CAD-CAE, a saber:

Autodesk Inventor Professional 2020, Solidworks 2019 y Festo Fluidsim. Con este software

se desarrollarán, además, los planos de fabricación del conjunto y de las piezas que lo

componen.

Gracias a esto, quedarán plasmadas unos conceptos básicos sobre estos programas

teniendo en cuenta, sin embargo, que el objetivo sería demostrar la utilidad de esta clase

de software en el diseño de un conjunto o dispositivo, pero no como manual o instrucciones

de uso de estos programas.

Índice global

1. PREÁMBULO Y OBJETIVOS .............................................................................................................. 7

1.1. PREÁMBULO. ................................................................................................................................. 7

1.2. OBJETIVOS ................................................................................................................................... 10

1.3. MARCO HISTÓRICO. .................................................................................................................. 11

1.4. MÓDULOS IMPLICADOS. .......................................................................................................... 17

1.5. SOFTWARE Y MEDIOS EMPLEADOS. ................................................................................... 19

1.6. ORGANIZACIÓN DE LA MEMORIA. ........................................................................................ 20

2. MATERIAL NEUMÁTICO. ................................................................................................................... 22

2.1. NEUMÁTICA COMO FUENTE DE ENERGÍA. ........................................................................ 22

2.2. ELEMENTOS DE UN CIRCUITO NEUMÁTICO. ..................................................................... 23

2.3. DESCRIPCIÓN DE LOS COMPONENTES. ............................................................................. 25

3. DISEÑO NEUMÁTICO. ........................................................................................................................ 31

3.1. CIRCUITO NEUMÁTICO. ............................................................................................................ 31

3.2. CALIDAD NECESARIA DEL AIRE. ........................................................................................... 36

3.3. CÁLCULOS NEUMÁTICOS. ....................................................................................................... 37

4. DISEÑO MECÁNICO Y CONFECCIÓN DE PLANOS. ................................................................... 41

4.1. SOFTWARE EMPLEADO ........................................................................................................... 41

4.1.1. Software empleado para diseño mecánico. ................................................................. 41

4.1.2. Software empleado para manufactura CAM................................................................. 45

4.2. CONFECCIÓN DE PLANOS. ...................................................................................................... 46

5. HERRAMIENTAS Y BRUTOS UTILIZADOS ................................................................................... 50

5.1. HERRAMIENTAS. ......................................................................................................................... 50

5.1.1. Herramientas de fresadora. .............................................................................................. 50

5.1.2. Herramientas de torno. ...................................................................................................... 51

5.2. Brutos ............................................................................................................................................. 51

5.3. MÁQUINAS UTILIZADAS ........................................................................................................... 53

5.3.1. Centro de torneado CNC ................................................................................................... 53

5.3.2. Fresadora CNC ..................................................................................................................... 54

5.3.3. Mortajadora ........................................................................................................................... 56

6. BIBLIOGRAFÍA ..................................................................................................................................... 58

EL ANEXO ..................................................................................................................................................... 59

PLANOS DE FABRICACIÓN Y MONTAJE ......................................................................................... 59

Índice de tablas

Tabla 1: Tipos de robosts industriales según ISO 8373 .......................................................................... 10

Tabla 2: Impurezas máximas del aire según ISO 8573-1. ...................................................................... 37

Tabla 3: Fuerzas neumáticas. ..................................................................................................................... 39

Tabla 4: Consumos de aire. ......................................................................................................................... 40

Tabla 5: Potencia generada. ........................................................................................................................ 40

Tabla 6: Número de pieza en plano o en lista. ......................................................................................... 48

Tabla 7: Lista de herramientas de fresadora............................................................................................. 51

Tabla 8: Lista de herramientas de torno .................................................................................................... 51

Tabla 9: Dimensiones de brutos de cada pieza ........................................................................................ 52

Índice de Ilustraciones

Ilustración 1: Robot Unimate 1961 .............................................................................................................. 12

Ilustración 2: Robot Palletizer 1963 ............................................................................................................ 12

Ilustración 3: Robot Puma 1975 .................................................................................................................. 14

Ilustración 4: Don Cuco el guapo 1992 ...................................................................................................... 15

Ilustración 5: Robot ASIMO (evolución) ..................................................................................................... 16

Ilustración 6: Esquema básico de un circuito neumático. ....................................................................... 24

Ilustración 7: Compresor de aire ................................................................................................................. 25

Ilustración 8: Válvula de estrangulamiento. ............................................................................................... 26

Ilustración 9: Silenciadores neumáticos. .................................................................................................... 26

Ilustración 10: Válvula de control 5 vías y 3 posiciones. ......................................................................... 27

Ilustración 11: Válvula de control 3 vías y 2 posiciones. ......................................................................... 28

Ilustración 12: Cilintro doble efecto ASCO NEUMATICS C80 ............................................................... 29

Ilustración 13: Cilindro de doble efecto Festo D32 ................................................................................... 29

Ilustración 14: Cilindro doble efecto Festo D16 ........................................................................................ 30

Ilustración 15: Disposición real de los actuadores neumáticos. ............................................................. 32

Ilustración 16: Esquema neumático de nuestro circuito. ......................................................................... 32

Ilustración 17: Funcionamiento del circuito 1. ........................................................................................... 33

Ilustración 18: Funcionamiento Neumático 2. ........................................................................................... 34

Ilustración 19: Funcionamiento neumático 3. ............................................................................................ 35

Ilustración 20: Funcionamiento neumático 4. ............................................................................................ 36

Ilustración 21: Portada Autodesk Inventor Professional 2020. ............................................................... 41

Ilustración 22: Diseño vista 1 ....................................................................................................................... 43



Ilustración 25: Ejemplo plano ....................................................................................................................... 44

Ilustración 26: Portada Solidworks 2019. ................................................................................................... 45

Ilustración 27: Nuestro cajetín. .................................................................................................................... 48

Ilustración 28: Centro de torneado CNC .................................................................................................... 53

Ilustración 29: Fresadora CNC .................................................................................................................... 54

Ilustración 30: Mortajadora convencional. ................................................................................................. 56

7

Brazo Neumático Articulado Antonio Gomis Candel

1. PREÁMBULO Y OBJETIVOS

1.1. PREÁMBULO.

La evolución de la tecnología es continua y a veces trae diferentes tipos de máquinas e

inventos que facilitan el trabajo al ser humano. Uno de dichos inventos es el

comúnmente conocido como “brazo robótico”. Este se utiliza en multitud de tareas en

diferentes campos, pero donde se encuentra más extendido su uso es en las grandes

fábricas para sustituir y ampliar funciones que haría un brazo humano. Dichas funciones,

al igual que aplicaciones que puedan tener, se van actualizando y ampliando cada día.

Hacen más sencillo los trabajos mecánicos evitando así los posibles accidentes

laborales relacionados con la carga de peso, entre otras tareas. Ahora, ¿qué es un brazo

robótico y de donde procede?

Un brazo robótico es un tipo de brazo mecánico, normalmente programable, capaz de

simular funciones similares a las de un brazo humano. Puede formar parte de un

mecanismo más grande y complejo o constituir un mecanismo por sí solo. Las diferentes

partes de estos brazos se encuentran interconectadas mediante uniones o

articulaciones que permiten movimiento rotacional, así como también movimiento de

traslación (lineal).

La norma ISO 8373:2012 define robot industrial como: “Manipulador multifuncional,

controlado automáticamente, reprogramable en tres o más ejes, que puede estar fijo o

móvil para uso en aplicaciones de automatización industrial”. Además, podemos

encontrar diferentes tipos de robots industriales dentro de esta norma (ver Tabla 1).

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Entre los diferentes tipos mostrados en la Tabla 1, al que más se ajustaría nuestro brazo

sería al tipo “articulado”. Este es el tipo más extendido para aplicaciones industriales,

por lo que existen multitud de diferentes diseños, sin embargo, nuestro diseño poseerá

unas características que lo diferenciarán del resto, a saber:

1) Uso de actuadores lineales exclusivamente neumáticos. Son actuadores muy

sencillos por lo que sufren pocas averías y su reparación y fácil y económica, son

más económicos y su muy extendido uso hace que sea relativamente fácil encontrar

trabajadores capacitados para manejar este tipo de dispositivos.

2) Simplicidad de diseño, evitando la complejidad que suponen las válvulas de control

electrónicas reduciendo así el riesgo de averías y, por tanto, el coste de producción,

mantenimiento, etc. Pretendemos así que el conjunto sea fabricado para

aplicaciones relativamente sencillas.

3) Diseño de las piezas de forma lo menos complicada posible consiguiendo así,

durante el proceso de fabricación, reducir el coste de utillaje.

Los diferentes diseños existentes en el mercado cuentan con actuadores rotativos, los

cuales poseen diseños neumáticos más complicados y control mediante electrónica, lo

que supone más complejidad. Por todo esto, realizaremos un diseño diferente a los ya

existentes en el mercado.

Para ello, haremos uso de las herramientas CAD-CAE disponibles dadas las grandes

ventajas que supone utilizar este tipo de software.

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Nombre Figura Características Aplicaciones

Robot

cartesiano

Utiliza 3 dispositivos

perpendiculares entre sí para

generar movimientos acordes a

los 3 ejes cartesianos x, y, z.

-Control numérico

-Plotter

-Máquinas de fresado o

dibujo

Robot

cilíndrico

Se basa en una columna vertical

que gira sobre la base. También

tiene dos dispositivos deslizantes

que pueden generar movimientos

sobre los ejes y,z.

-Soldadura

-Traslado de material

con alta precisión

-Montaje

-Traslado de material

punto a punto desde

una posición central

Robot esférico

o polar

Un brazo telescópico que puede

bascular en torno a un eje

horizontal. Este eje telescópico

está montado sobre una base

giratoria. Las articulaciones

otorgan la capacidad de

desplazar el brazo en una zona

esférica.

-Manipulación de

máquinas herramientas

-Soldadura por punto

-Fundición por presión

-Soldadura por gas y

por arco

Robot de

brazo

articulado

Se trata de una columna que gira

sobre la base. El brazo contiene

una articulación, pero solo puede

realizar movimientos en un plano.

En el extremo del brazo posee un

eje deslizando que se desplaza

en el eje z.

-Operaciones de

ensamblaje.

-Pintado en spray.

-Máquinas de

desbarbado.

-Fundición a presión.

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Nombre Figura Características Aplicación

Robot

antropomórfico

Está constituido por dos

componentes rectos que simulan

el brazo o antebrazo humano,

sobre una columna giratoria.

Estos antebrazos están

conectados mediante

articulaciones, que se asemejan

al hombre y al codo.

-Exoesqueletos

-Teleoperación

-Máquinas de

desbarbado

-Fundición

Tabla 1: Tipos de robosts industriales según ISO 8373

1.2. OBJETIVOS.

Los objetivos primordiales de este proyecto son, por un lado: el de conseguir diseñar un

brazo industrial, utilizando exclusivamente actuadores neumáticos lineales, de forma

que resulta simple, funcional y económico. Todo ello mediante:

a) Establecimiento de un proceso de diseño y determinación de las tareas que se

realizarán dentro del mismo.

b) Establecimiento de los requisitos de funcionamiento sobre las cuales realizaremos

nuestro diseño.

c) Diseño del circuito neumático y determinación de los componentes que serán

necesarios para tu integración.

d) Confección de los planos y códigos ISO necesarios para su fabricación.

Y, por otro lado, el de aprovechar las ventajas que ofrecen las herramientas CAD-CAE

en la elaboración del diseño, dada su amplia capacidad de cálculo interno, la posibilidad

11


de cambiar rápidamente diseños y detalles, poder simular el estado del conjunto

montado y sus movimientos… entre otras cosas.

1.3. MARCO HISTÓRICO.

En 1954, George Devol diseño el primer robot reprogramable. Unimate fue el nombre

del primer robot que fue puesto en operación en 1961 en la empresa General Motors

por el propio George Devol y Joe Engelberg. De esta forma, en poco tiempo esta

empresa se convirtió en la primera compañía mundial en fabricar robots.

En esta época, a los robots se les denominaba “máquinas de transferencia

programables”, puesto que su principal uso era transferir objetos de un punto a otro.

Otras grandes empresas, como la AMF, emprendieron la construcción de máquinas

similares (Versatran, 1960). Más tarde, y por motivos comerciales, se empezó a

denominar “robots” a estas máquinas destinadas a transferir piezas de manera versátil

o universal, a pesar de que su aspecto no era el humanoide de los robots de la literatura

o del cine.

Este afortunado cambio de nombre favoreció notablemente la difusión y aceptación de

los robots por parte de la industria, proyectando una imagen de modernismo y avance

tecnológico.

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Ilustración 1: Robot Unimate 1961

En 1961 Victor Scheinman, en la Universidad de Stanford, desarrollo un robot articulado

de 6 ejes, conocido como robot Stanford.

En 1963, Fuji Yusoki Kogyo desarrolló el primer robot para aplicaciones de palletzing,

cuyo nombre fue Palletizer. Por su parte, Europa tuvo un despertar más tardío, aunque

no menos relevante.

Ilustración 2: Robot Palletizer 1963

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Más tarde en 1973 la empresa sueca/suiza ABB (Asea Brown Boveri) construyó el

primer robot con accionamiento totalmente eléctrico controlado por un microprocesador,

el robot IRb6, seguido un año más tarde del IRb60. Posteriormente, ABB se convertiría

en una de las empresas más importantes del mundo en la fabricación de robots

industriales, y Suecia uno de los países con más robots per cápita. En este mismo año

la empresa alemana KUKA Robotics también fue pionera en la fabricación e

implantación de robots industriales, construyó el primer robot articulado

electrónicamente de 6 ejes conocido como FAMULUS. En la década de los setenta se

desarrolló notablemente el incremento de las compañías de robots, y algunas ya

existentes emigran al campo de la robótica como General Electric, General Motors la

cual se unió a FANUC Robotics y FANUC LTD de Japón. También en esos tiempos

surgen compañías como Automatix y Adept Techology Inc.

En 1975, Victor Scheinman desarrolló el robot “Puma” (Programable Universal Machine

For Assembly O Programable Universal Manipulation Arm) de la compañía Unimation

(inicialmente este robot fue desarrollado para General Motors). El modelo más popular

fue el Puma-650. En esta fase, que dura desde 1975 hasta 1980, la conjunción de los

efectos de la revolución de la Microelectrónica y la revitalización de las empresas

automovilísticas, produjo un crecimiento acumulativo del parque de robots, cercano al

25%.

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Ilustración 3: Robot Puma 1975

A partir de 1980, el fuerte impulso en la investigación por parte de las empresas

fabricantes de robots, otros auxiliares y diversos departamentos de Universidades de

todo el mundo, sobre la informática aplicada y la experimentación de los sensores (cada

vez más perfeccionados), potencian la configuración del robot inteligente capaz de

adaptarse al ambiente y tomar decisiones en tiempo real y adecuarlas para cada

situación. En 1981, Haruhiko Asada diseñó y construyó el primer robot de transmisión

directa en la universidad de Carnegie-Mellon, Pittsburgh, Pennsylvania.

En 1984 la compañía Unimate fue adquirida por Westing-House Electric Coproration

(por 107 millones de dólares) quien a su vez la vendió a Staubli Faverges Sca en 1988

y posteriormente, en 2004, fue adquirida por Bosch.

En 1992 Alejandro Pedroza desarrolló en la Benemérita Universidad Autónoma de

Puebla el primer androide pianista de México “Don Cuco el guapo”, el cual incluye

servomotores, articulaciones neumáticas, sistema óptimo para leer partituras, entre

otras cosas.

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Ilustración 4: Don Cuco el guapo 1992

En 1994 fue puesto en operación el primer robot de transmisión directa en México con

dos grados de libertad realizado en el Centro de Investigación Científica y de Estudios

Superiores de Ensenada (CICESE) por Rafael Kelly, Fernando Reyes y Víctor

Santibáñez.

En 1998, fue puesto en operación el primer robot de transmisión directa de tres grados

de libertad en México en la Escuela de Ciencias de la Electrónica, Benemérita

Universidad Autónoma de Puebla.

El 31 de octubre del año 2000 fue presentado el robot humanoide ASIMO (Advanced

Step in Innovative Mobility), el cual puede caminar e interactuar con personas. Este robot

fue fabricado por la compañía Honda Motor Co. Ltd.

La tecnología avanzaba a pasos agigantados y prueba de ello es ASIMO, el nuevo robot

humanoide de Honda, el cual fue presentado en Nueva York.

Debido a que fue desarrollado con los últimos avances tecnológicos, es capaz de correr

hasta 9 km por hora, bajar y subir escaleras con facilidad, comunicarse en inglés y

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Ilustración 5: Robot ASIMO (evolución)

japonés por medio de señas, estrechar la mano con educación, abrir una botella, servir

en un vaso, bailar y hasta jugar fútbol.

En 2002 la compañía General Motors Controls, Robotics and Welding (CRW) donó al

museo nacional de historia americana el prototipo original del robot PUMA.

En 2010 se desarrollaron los robots de cuarta generación. Robots inteligentes, con

sensores sofisticados y control en tiempo real. Las máquinas automatizadas ayudarán

cada vez más a los humanos en la fabricación de nuevos productos, el mantenimiento

de las infraestructuras y el cuidado de hogares y empresas. Los robots podrán fabricar

nuevas autopistas, construir estructuras de acero para edificios, limpiar conducciones

subterráneas o cortar el césped. Ya existen prototipos que realizan todas esas tareas.

Una tendencia importante es el desarrollo de sistemas microelectromecánicos, cuyo

tamaño va desde centímetros hasta milímetros. Estos robots minúsculos podrían

emplearse para avanzar por vasos sanguíneos con el fin de suministrar medicamentos

o eliminar bloqueos arteriales. También podrían trabajar en el interior de grandes

máquinas para diagnosticar con antelación posibles problemas mecánicos. Puede que

los cambios más espectaculares en los robots del futuro provengan de su capacidad de

razonamiento cada vez mayor.

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El campo de la inteligencia artificial está pasando rápidamente de los laboratorios

universitarios a la aplicación práctica en la industria, y se están desarrollando máquinas

capaces de realizar tareas cognitivas como la planificación estratégica o el aprendizaje

por experiencia. El diagnóstico de fallos en aviones o satélites, el mando en un campo

de batalla o el control de grandes fábricas correrán cada vez más a cargo de

ordenadores inteligentes.

La evolución de los robots industriales desde sus principios ha sido vertiginosa. En poco

más de 30 años las investigaciones y desarrollos sobre robótica industrial han permitido

que los robots tomen posiciones en casi todas las áreas productivas y tipos de industria.

En pequeñas o grandes fábricas, los robots pueden sustituir al hombre en aquellas áreas

repetitivas y hostiles, adaptándose inmediatamente a los cambios de producción

solicitados por la demanda variable.

1.4. MÓDULOS IMPLICADOS.

A lo largo del Ciclo Superior en Programación de la Producción en Fabricación Mecánica

hemos ido estudiando diferentes módulos, de los cuales destacamos 3 de ellos ya que

han sido claves en la elaboración de este proyecto dado los contenidos que los

conformaban, a saber:

1) Interpretación Gráfica:

a) Determinar la forma y dimensiones de productos a construir, interpretando la

simbología representada en los planos de fabricación.

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b) Identificar tolerancias de formas y dimensiones y otras características de los

productos que se quieren fabricar, analizando e interpretando la información

técnica contenida en los planos de fabricación.

c) Realizar croquis de utillajes y herramientas para la ejecución de los procesos,

definiendo las soluciones constructivas en cada caso.

2) Programación de sistemas automáticos de fabricación mecánica:

a) Identificar los componentes de una instalación automatizada de fabricación

mecánica, analizando su funcionamiento y ubicación en los sistemas de

producción.

b) Elaborar los programas de los componentes de un sistema automatizado

analizando y aplicando los distintos tipos de programación.

c) Organizar y poner a punto componentes de una instalación automatizada

seleccionando y aplicando las técnicas o procedimientos requeridos.

d) Controlar y supervisar los sistemas automatizados analizando el proceso y

ajustando los parámetros de las variables del sistema.

3) Fabricación asistida por ordenador (CAM):

a) Identificar correctamente y modificar los elementos accesorios a los parámetros

de trabajo, como sistemas de referencias, sujeciones, dimensiones de los brutos,

planos de seguridad, configuración del espacio trabajo, etc.

b) Representar sistemas en 2D y 3D.

c) Establecer adecuadamente los parámetros técnicos de las diversas operaciones

CAM a las que será sometida la pieza en su mecanizado, identificando las

situaciones de posibles clavadas y las colisiones en el mecanizado.

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d) Generar la documentación técnica derivada de la generación de un programa

CAM, estableciendo de forma correcta el postprocesado de manera acorde a las

máquinas, herramientas, controles y recursos disponibles.

e) Trasladar los resultados obtenidos en la planificación del proceso CAM a las

máquinas CNC disponibles, tomando en cuenta los diversos aspectos como

herramientas, velocidades de giro y avances, refrigerantes, límites de ejes, etc.

f) Desarrollar el mecanizado de superficies planas y perpendiculares al eje de la

herramienta en fresadoras CNC, respetando todos los aspectos anteriormente

mencionados.

g) Desarrollar el mecanizado de superficies de contorno en fresadoras CNC,

respetando todos los aspectos anteriormente mencionados.

h) Desarrollar e l mecanizado de piezas en las que aparezcan las operaciones de

taladrado en fresadoras CNC, respetando todos los aspectos anteriormente

mencionados.

i) Desarrollar el mecanizado de superficies cilíndricas y de revolución en tornos

CNC, respetando todos los aspectos anteriormente mencionados.

1.5. SOFTWARE Y MEDIOS EMPLEADOS.

En este proyecto hemos utilizado los siguientes las siguientes herramientas y medios

para su elaboración:

a) Programa de diseño CAD-CAE Autodesk Inventor Professional 2020 (versión para

estudiantes).

b) Programa de diseño CAD-CAE Solidworks 2019 (versión para estudiantes).

c) Festo Fluidsim para el diseño y simulación de los elementos neumáticos.

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d) Catálogos y fichas técnicas de fabricantes de material neumático.

e) Procesador de textos Microsoft Word para la elaboración de la memoria.

1.6. ORGANIZACIÓN DE LA MEMORIA.

Para una mejor comprensión de la memoria, realizamos un breve resumen de los

diferentes apartados que la conforman:

1) En el primero, definimos el proyecto y aclaramos los motivos de su realización. Cierto

es que, aunque existen diseños similares a nuestro proyecto en el mercado, el

nuestro posee ciertas características que lo diferencian. También queremos que este

proyecto sirva como ejemplo práctico de las ventajas que aportan los programas

CAD-CAE a la fase de diseño.

2) En el segundo, aportamos información sobre el material neumático. Definimos la

neumática como fuente de energía, sus ventajas y los elementos básicos de un

circuito neumático. Posteriormente, enumeramos y describimos los elementos

utilizados en nuestro diseño.

3) En el apartado 3, explicamos el diseño y funcionamiento de nuestro circuito

neumático, describimos la calidad del aire necesaria para un correcto funcionamiento

y realizamos los cálculos neumáticos pertinentes.

4) En el apartado 4, describimos los programas de software empleados para el diseño

mecánico y proceso de fabricación, la enumeración de las piezas y descripción del

cajetín utilizado para los planos.

5) En el quinto apartado, describimos las herramientas utilizadas para el proceso de

fabricación, los brutos utilizados para cada pieza y las máquinas utilizadas.

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6) Posteriormente, se realiza una lista de las fuentes de información de internet de

donde se ha obtenido información útil para nuestro proyecto.

7) Por último, se muestran los planos de fabricación y montaje en un apartado al que

llamamos “El Anexo”.

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2. MATERIAL NEUMÁTICO.

2.1. NEUMÁTICA COMO FUENTE DE ENERGÍA.

La “neumática” es la parte de la tecnología que emplea el aire comprimido como modo

de transmisión de la energía necesaria para mover y hacer funcionar mecanismos.

Aunque las aplicaciones del aire comprimido no son nuevas, lo que sí es relativamente

reciente es su empleo en circuitos cerrados en forma de sistemas de control y actuación,

habiéndose constituido, en la actualidad, en una herramienta básica dentro del control

y automatización de la industria.

La utilización del aire comprimido en los procesos de producción cuenta con las

siguientes ventajas:

1) Es abundante (disponible de manera ilimitada).

2) Transportable (fácilmente transportable, además los conductos de retorno son

innecesarios puesto que lo escapes se hacen a la atmósfera).

3) Se puede almacenar (permite el almacenamiento en depósitos).

4) Resistente a las variaciones de temperatura.

5) Es seguro, antideflagrante (no existe peligro de explosión ni incendio).

6) Limpio (lo que es importante para industrias como las químicas, alimentarias, textiles,

etc.).

7) Los elementos que constituyen un sistema neumático, son simples y de fácil

comprensión.

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8) La velocidad de trabajo es alta. Además, permite invertir fácilmente el sentido de

trabajo.

9) Tanto la velocidad como las fuerzas son regulables de una manera continua. La

neumática resulta útil para esfuerzos que requieran precisión y velocidad.

10) Aguanta bien las sobrecargas (no existen riesgos de sobrecarga, ya que cuando ésta

existe, el elemento de trabajo simplemente para sin daño alguno).

Las mayores desventajas que posee frente a otros tipos de fuente de energía, son:

1) Necesita de preparación antes de su utilización (eliminación de impurezas y

humedad).

2) Debido a la compresibilidad del aire, no permite velocidades de los elementos de

trabajo regulares y constantes.

3) Los esfuerzos de trabajo son limitados (de 20 a 30000 N).

4) Es ruidoso, debido a los escapes de aire después de su utilización.

5) Es costoso. Es una energía cara, que en cierto punto es compensada por el buen

rendimiento y la facilidad de implantación.

2.2. ELEMENTOS DE UN CIRCUITO NEUMÁTICO.

Un circuito neumático funciona utilizando aire comprimido a una presión superior a la

atmosférica provisto mediante un compresor, y de ahí mandándolo a un sistema

generalmente cerrado de ductos, tuberías, actuadores, motores, etc. comandados por

válvulas, reguladores de caudal, de cierre, etc.

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Existen varios tipos de circuitos neumáticos: manuales, semiautomáticos, automáticos

y lógicos. Un circuito neumático cuanta con tres elementos principales: Válvula,

actuadores y tuberías.

Además, para realizar su trabajo, un circuito neumático requiere de aire previamente

comprimido, seco y frio, las, válvulas son los elementos que dirigen el aire comprimido

a los actuadores. Estas válvulas pueden ser de accionamiento manual, mecánico o

eléctrico. Los actuadores son aquellos elementos que realizan un trabajo, pistones que

salen o entran, motores neumáticos etc. que son movidos cuando el flujo de aire

direccionado por medio de las válvulas llega a ellos. Y las tuberías son mangueras o

tubos por los que el aire comprimido es llevado a las válvulas y de estas a los

actuadores.

La presión más alta con la que se suele trabajar con instalaciones neumáticas en la

industria es de 10 bar. Por ello, realizaremos nuestro diseño utilizando elementos que

puedan soportar este esfuerzo.

Ilustración 6: Esquema básico de un circuito neumático.

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2.3. DESCRIPCIÓN DE LOS COMPONENTES.

Explicado todo esto, vamos a describir con más detalle los componentes que usaremos

en nuestro circuito:

Compresor/Fuente de aire comprimido

Un compresor de aire es una máquina diseñada para tomar el aire del ambiente,

almacenarlo y comprimirlo dentro de un tanque llamado “calderín” y con ese aire, darles

potencia a otras herramientas neumáticas o bien realizar múltiples tareas como hinchar

neumáticos de coches y bicicletas, limpiar o hasta rociar pintura. Además, liberan el aire

a una presión regulada mediante un presostato.

Ilustración 7: Compresor de aire

Válvula estranguladora

Regulan la velocidad del avance y del retroceso del émbolo de actuadores neumáticos.

Esta regulación se consigue mediante un botón giratorio, con el que fijaremos el grado

de estrangulamiento del aire comprimido.

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Ilustración 8: Válvula de estrangulamiento.

Silenciador neumático

Proporcionan una reducción de ruido considerable en sistemas de aire comprimido

cuando se descarga el aire de escape, a la vez que mantiene presión suficiente en el

sistema.

Ilustración 9: Silenciadores neumáticos.

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Válvula direccional 5/3

Sirven para dirigir y distribuir el aire comprimido dentro de un circuito neumático. Es una

válvula de control del aire con 3 posibles posiciones (en posición central con centro

cerrado) y 5 vías: 1 para el suministro de aire, 2 para las salidas de escape en avance

y en retroceso y 2 por donde suministran el aire al elemento/os a los que esté conectada.

Realiza, tanto el avance como el retroceso, mediante palanca. También posee muelle

en avance y retroceso para mantener la válvula en posición intermedia cuando no se

utilice la palanca.

Ilustración 10: Válvula de control 5 vías y 3 posiciones.

Válvula direccional 3/2

Misma finalidad que la anterior, pero en esta ocasión tenemos 2 posibles posiciones y

3 vías: 1 para el suministro de aire, 1 para la salida de escape de aire y 1 para suministrar

el aire al elemento conectado. Realiza el avance mediante selector y el retroceso por

muelle. Esta válvula nos servirá como “llave de paso” del aire de todo el circuito.

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Ilustración 11: Válvula de control 3 vías y 2 posiciones.

Cilindro doble efecto para la base

Actuadores neumáticos lineales capaces de producir trabajo útil en los dos sentidos, ya

que se dispone de una fuerza activa tanto en el avance como en el retroceso. Se

construyen siempre en forma de cilindros de émbolo y poseen dos tomas para aire

comprimido, cada una de ellas situada en una de las tapas de cilindro.

Utilizan el aire procedente de las válvulas de control para hacer avanzar o retroceder el

émbolo, lo que hará avanzar o retroceder el vástago.

Este cilindro posee un diámetro del alojamiento de 32mm, una carrera de 80mm, la

punta del vástago está roscada según M10x1.25 y longitud de rosca de 22mm.

Este cilindro se utilizará para el giro de la rueda dentada que hará girar todo el brazo.

29


Ilustración 12: Cilintro doble efecto ASCO NEUMATICS C80

Cilindros doble efecto para los brazos

Mismo principio que el anterior pero estos cilindros poseerán una carrera diferente

según el brazo al que pertenezcan. Además, tendrán también un agujero en la estructura

de la parte posterior para facilitar su montaje.

Para el brazo uno poseerá una carrera de 125mm y, para el brazo 2, de 100mm.

Ilustración 13: Cilindro de doble efecto Festo D32

30


Cilindro doble efecto para la pinza

En esta ocasión, poseerá un diámetro de alojamiento de 16mm y una carrera de 60mm.

Ilustración 14: Cilindro doble efecto Festo D16

31


3. DISEÑO NEUMÁTICO.

3.1. CIRCUITO NEUMÁTICO.

A continuación, diseñamos el circuito neumático por el que se regirá nuestro equipo.

Como dijimos anteriormente, la presión límite de nuestra instalación será la comúnmente

utilizada en el entorno industrial, que es de 8 bar.

Los circuitos neumáticos son instalaciones que se emplean para generar, transmitir y

transformar fuerzas y movimientos por medio del aire comprimido.

El diseño muestra las conexiones producidas entre los diferentes elementos (válvulas,

actuadores, etc.) entre sí según las normas ISO 1219 1 e ISO 1219 2, que se han

adoptado en España como la norma UNE-101 149 86, la cual abarca la representación

de los símbolos que se deben utilizar en los esquemas neumáticos e hidráulicos.

Seguidamente, se muestra una numeración orientativa de la disposición de los

actuadores neumáticos del circuito en nuestra instalación, realizado con Inventor:

32


Ilustración 15: Disposición real de los actuadores neumáticos.

Ilustración 16: Esquema neumático de nuestro circuito.

Y también, de nuestro circuito neumático según esquema realizado con el programa

Fluidsim.

33


Ilustración 17: Funcionamiento del circuito 1.

A continuación, se describe el funcionamiento del circuito, complementado por esquemas

del mismo donde podemos ver la circulación del aire comprimido a través de los conductos

y los elementos que lo componen siendo el color azul para representar la corriente de aire

y el rojo para conductos sin presión:

• El aire es aportado desde la fuente de suministro, representado por (8).

• Se permite el paso del aire al resto del circuito mediante la válvula 3/2,

representada por (7). Esta posee enclavamiento en su accionamiento para que

se mantenga el suministro de aire siempre que se encuentre activada. Cada uno

de los recuadros del símbolo representa una posición de la válvula (dos posibles

posiciones) y cada de las conexiones representa una vía de la válvula.

Inicialmente se encuentra en posición de reposo. Nos sirve como válvula de

34


Ilustración 18: Funcionamiento Neumático 2.

seguridad dado que, al desactivarla, se corta el suministro de aire al resto del

circuito.

• El aire se reparte, a través de los conductos, a las 4 válvulas 5/3, representadas

por (6).

• En esta ocasión tenemos 3 cuadros en el símbolo, por lo que tendremos 3

posiciones diferentes: la primera posición para el avance, la segunda para el

reposo y la tercera para el retroceso. Posee accionamiento por palanca y

retroceso por muelle en ambos lados para que, cuando dejemos de accionar una

de las palancas, la válvula regrese a su posición de reposo. Esta disposición está

orientada a que, cuando dejemos de accionar una palanca porque se ha

alcanzado la posición deseada de ese cilindro, se mantenga la posición de dicho

cilindro, ya que la posición de reposo posee todas sus vías cerradas y no permite

35


Ilustración 19: Funcionamiento neumático 3.

circular el aire en ningún sentido. Estas válvulas se encuentran inicialmente en

reposo.

• Seguidamente, cuando una válvula 5/3 permite el paso del aire, este llega a las

válvulas de estrangulamiento, representadas por (5). Estas válvulas regulan,

mediante un mando rotatorio, la cantidad del caudal de aire que permite pasar a

través de ella. Esta disposición sirve para controlar la velocidad a la que avance

o retroceda el cilindro. Habrá una antes de entrar el aire al cilindro (para regular

el avance) y otra tras salir el aire del mismo (para regular el retroceso).

• Por último, el aire llega a los diferentes cilindros según hayamos accionado una

válvula u otra. Tenemos el cilindro (1), que representa el que produce el giro de

la base, el cilindro (2) que controla la posición del primer eslabón del brazo, el

cilindro (3) que controlo la posición del segundo eslabón, y el cilindro (4) que

controlar la apertura de la pinza.

36


Ilustración 20: Funcionamiento neumático 4.

• Cabe mencionar que los cilindros (a excepción del 4) se encuentran inicialmente en

posición intermedia para que, al iniciar el manejo del brazo, este no se encuentre

totalmente extendido ni totalmente recogido. El cilindro 4 comienza en posición

extendida ya que, inicialmente, nos interesa que la pinza se encuentra abierta.

3.2. CALIDAD NECESARIA DEL AIRE.

Actualmente se utilizan tres normas directamente relacionadas con la calidad (pureza)

y las pruebas del aire comprimido. Son las siguientes:

Serie ISO8573/serie ISO12500/serie ISO7183.

La norma que se utiliza más habitualmente es la serie ISO8573 y, sobre todo, ISO8573-

1:2010.

ISO8573-1 es el documento más utilizado de la serie ISO8573, ya que se trata del

documento que especifica la cantidad de contaminación permitida en cada metro cúbico

37


Tabla 2: Impurezas máximas del aire según ISO 8573-1.

de aire comprimido. Enumera los principales contaminantes, como partículas sólidas,

agua y aceite. Los niveles de pureza correspondientes a cada contaminante se

muestran en forma de tabla:

En nuestro caso exigimos una calidad del aire fácil de obtener en instalaciones

industriales Clase 4-3-4.

3.3. CÁLCULOS NEUMÁTICOS.

La propia instalación neumático, según los elementos utilizados y su disposición,

actuará como limitante para poder generar los esfuerzos necesarios que requiere

nuestro sistema.

38


A continuación, realizaremos los cálculos pertinentes para conocer la fuerza que son

capaces de desarrollar nuestros cilindros, el consumo de aire que realizan y la potencia

que generan durante el proceso.

La presión neumática de trabajo, junto con la sección de los cilindros neumáticos, limita

la fuerza máxima que pueden generar dichos cilindros. Como premisa común para los

4 cilindros, tendremos una presión de trabajo de 8bar, que es la comúnmente utilizada

para estos elementos en instalaciones neumáticas. También, para dispositivos donde la

presión de trabajo sea 8bar, se estima que la fuerza de rozamiento producida es del

10% de la fuerza teórica generada. Por otro lado, con la fuerza teórica y la real, ya sean

las de avance o las de retroceso, es posible calcular el rendimiento del dispositivo. Ya

que los cilindros 1, 2 y 3 poseen mismo diámetro de émbolo y de vástago, ejercerán las

mismas fuerzas.

𝐴𝑎𝑣𝑎𝑛𝑐𝑒 =𝜋∗∅𝑒𝑚𝑏

2

4 ; 𝐴𝑟𝑒𝑡𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑜 =

𝜋∗∅𝑒𝑚𝑏2

4−

𝜋∗∅𝑣𝑎𝑠𝑡2

4

𝐹𝑡𝑒𝑜 𝑎𝑣𝑎𝑛𝑐𝑒 = 𝑃 ∗ 𝐴𝑎𝑣𝑎𝑛𝑐𝑒 ; 𝐹𝑡𝑒𝑜 𝑟𝑒𝑡𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑜 = 𝑃 ∗ 𝐴𝑟𝑒𝑡𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑜

𝐹𝑅 𝑎𝑣𝑎𝑛𝑐𝑒 = 0.1 ∗ 𝐹𝑡𝑒𝑜 𝑎𝑣𝑎𝑛𝑐𝑒 ; 𝐹𝑅 𝑟𝑒𝑡𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑜 = 0.1 ∗ 𝐹𝑡𝑒𝑜 𝑟𝑒𝑡𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑜

𝐹𝑟𝑒𝑎𝑙 𝑎𝑣𝑎𝑛𝑐𝑒 = 𝐹𝑡𝑒𝑜 𝑎𝑣𝑎𝑛𝑐𝑒 − 𝐹𝑅 𝑎𝑣𝑎𝑛𝑐𝑒

𝐹𝑟𝑒𝑎𝑙 𝑟𝑒𝑡𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑜 = 𝐹𝑡𝑒𝑜 𝑟𝑒𝑡𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑜 − 𝐹𝑅 𝑟𝑒𝑡𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑜

𝜂 = 𝐹𝑟𝑒𝑎𝑙 𝑎𝑣𝑎𝑛𝑐𝑒

𝐹𝑡𝑒𝑜 𝑎𝑣𝑎𝑛𝑐𝑒

39


Cilindro 𝑨𝒂𝒗𝒂𝒏𝒄𝒆 𝑨𝒓𝒆𝒕𝒓𝒐 𝑭𝒕𝒆𝒐 𝒂𝒗𝒂𝒏𝒄𝒆 𝑭𝑹 𝒂𝒗𝒂𝒏𝒄𝒆 𝑭𝒓𝒆𝒂𝒍 𝒂𝒗𝒂𝒏𝒄𝒆 𝑭𝒕𝒆𝒐 𝒓𝒆𝒕𝒓𝒐 𝑭𝑹 𝒓𝒆𝒕𝒓𝒐 𝑭𝒓𝒆𝒂𝒍 𝒓𝒆𝒕𝒓𝒐 𝜼

1 8.04

cm2

7.26

cm2 643.2N 64.32N 578.88N 580.56N 58.06N 522.5N 0.9

2 8.04

cm2

7.26

cm2 643.2N 64.32N 578.88N 580.56N 58.06N 522.5N 0.9

3 8.04

cm2

7.26

cm2 643.2N 64.32N 578.88N 580.56N 58.06N 522.5N 0.9

4 2.01

cm2

1.73

cm2 160.8N 16.08N 144.72N 138.4N 13.84N 124.56N 0.9

Tabla 3: Fuerzas neumáticas.

El volumen de aire de la maniobra, junto con el número de ciclos que realiza el cilindro,

determinarán el consumo de aire de dicha maniobra. En nuestro caso, el número de

ciclos por minuto lo tomaremos como 1 ya que cada eslabón de nuestro brazo lo

controlamos manualmente. Además, podremos obtener, una vez calculado el consumo

de aire de la maniobra, el consumo atmosférico. La presión atmosférica es 105Pa.

𝑉𝑎𝑣𝑎𝑛𝑐𝑒 = 𝑒 ∗ 𝐴𝑎𝑣𝑎𝑛𝑐𝑒 ; 𝑉𝑟𝑒𝑡𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑜 = 𝑒 ∗ 𝐴𝑟𝑒𝑡𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑜

𝑉𝑚𝑎𝑛 = 𝑉𝑎𝑣𝑎𝑛𝑐𝑒 + 𝑉𝑟𝑒𝑡𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑜

𝑄𝑚𝑎𝑛 = 𝑛 ∗ 𝑉𝑚𝑎𝑛

𝑃𝑎𝑡𝑚 + 𝑄𝑎𝑡𝑚 = 𝑃𝑚𝑎𝑛 + 𝑄𝑚𝑎𝑛 → 𝑄𝑎𝑡𝑚 = 𝑃𝑚𝑎𝑛 ∗ 𝑄𝑚𝑎𝑛

𝑃𝑎𝑡𝑚 =

(𝑃𝑎𝑡𝑚+ 𝑃𝑡𝑟𝑎𝑏) ∗ 𝑄𝑚𝑎𝑛

𝑃𝑎𝑡𝑚

40


Cilindro 𝑽𝒎𝒂𝒏 𝑸𝒎𝒂𝒏 𝑸𝒂𝒕𝒎

1 1.224*10-4 m3 1.224*10-4 m3/ciclo 1.1*10-3 m3/ciclo

2 1.91*10-4 m3 1.91*10-4 m3/ciclo 1.72*10-3 m3/ciclo

3 1.53*10-4 m3 1.53*10-4 m3/ciclo 1.38*10-4 m3/ciclo

4 2.24*10-5 m3 2.24*10-5 m3/ciclo 2.02*10-4 m3/ciclo

Tabla 4: Consumos de aire.

Por último, el consumo de aire de la maniobra mencionado en el párrafo anterior, junto

con la presión de trabajo y el rendimiento, determinarán la potencia generada por el

cilindro neumático.

𝑃𝑜𝑡𝑡𝑒𝑜 = 𝑊

𝑡= 𝐹 ∗

𝑒

𝑡=

𝑃𝑡𝑟𝑎𝑏 ∗ 𝐴 ∗ 𝑒

𝑡= 𝑃𝑡𝑟𝑎𝑏 ∗

𝑉𝑚𝑎𝑛

𝑡= 𝑃𝑡𝑟𝑎𝑏 ∗ 𝑄𝑚𝑎𝑛

𝑃𝑜𝑡𝑟𝑒𝑎𝑙 = 𝑃𝑜𝑡𝑡𝑒𝑜 ∗ 𝜂

Cilindro 𝑷𝒐𝒕𝒕𝒆𝒐 𝑷𝒐𝒕𝒓𝒆𝒂𝒍

1 1.632W 1.4688W

2 2.55W 2.292W

3 2.04W 1.836W

4 0.299W 0.2688W

Tabla 5: Potencia generada.

41


4. DISEÑO MECÁNICO Y

CONFECCIÓN DE PLANOS.

4.1. SOFTWARE EMPLEADO.

4.1.1. Software empleado para diseño mecánico.

Para el diseño de cada pieza perteneciente al conjunto, a excepción de piezas

normalizadas, y la realización de los planos respectivos se ha utilizado la herramienta

Autodesk Inventor Professional 2020 (versión para estudiantes).

Ilustración 21: Portada Autodesk Inventor Professional 2020.

42


Autodesk Inventor es el programa para diseño mecánico avanzado en 3D, con

modelado paramétrico, directo y libre, tiene una capacidad base para realizar diseño de

piezas, sus dibujos y ensambles de partes. En una versión profesional, Inventor ofrece

simulación por elementos finitos, sistemas de movimientos, chapa metálica, ruteo de

cables, plástico, moldes y administración de datos.

Permite conceptualizar ideas, crear modelos 3D y documentarlos para la vida real,

también es posible someter el diseño a una validación virtual variando sus parámetros,

analizando su resistencia, desde la optimización de su forma hasta la preparación de

moldes. Este escenario se puede contemplar para una pieza o para una maquina

conformada por ensambles de piezas. El uso de tecnología como la de Autodesk

Inventor te hace productivo en tiempo y tareas, esto impacta directamente en reducción

de costos, llevando estos beneficios a tu producto gracias a la implementación de esta

tecnología.

Inventor ha trabajado en la interacción con el usuario, con una interface muy gráfica,

simple y sencilla. Puede ser automatizado a través de aplicaciones o enlazarlo con

reglas de conocimiento para ser más eficiente.

Mediante las funciones y capacidades de este programa hemos diseñado cada pieza,

ensamblado el conjunto de las mismas y realizado los planos respectivos, como puede

verse, a modo de ejemplo, en las siguientes imágenes:

43


Ilustración 22: Diseño vista 1


44



Ilustración 25: Ejemplo plano

45


4.1.2. Software empleado para manufactura CAM.

Para la realización de los procesos de manufactura y generación de códigos ISO se ha

empleado la herramienta SolidWorks 2019 (versión para estudiantes).

Ilustración 26: Portada Solidworks 2019.

SOLIDWORKS cubre todos los aspectos del proceso de desarrollo de productos con un

flujo de trabajo integrado a la perfección, que incluye las etapas de diseño, validación,

diseño sostenible, comunicación y gestión de datos.

Con SOLIDWORKS, las empresas pueden acortar el ciclo de diseño, aumentar la

productividad y comercializar productos innovadores más rápido.

Incluye funciones potentes y fáciles de dominar que permiten reducir el tiempo de

desarrollo del producto, ahorrar dinero y mejorar la calidad.

46


Permite aprovechar datos CAD en 3D para crear contenido con calidad fotográfica de la

forma más rápida y sencilla posible, desde imágenes a animaciones, contenido web

interactivo y realidad virtual inmersiva.

Proporcionan una cartera de herramientas de análisis fáciles de usar que permiten

predecir el comportamiento físico de un producto en el mundo real mediante las pruebas

virtuales de los modelos de CAD.

Posee la tecnología basada en reglas de SOLIDWORKS CAM, que le permite integrar

el diseño y la fabricación en una aplicación mediante la conexión de los equipos de

diseño y fabricación a través de una herramienta de software y un modelo 3D comunes.

4.2. CONFECCIÓN DE PLANOS.

Para la elaboración de los planos se ha establecido una numeración de las piezas para

hacer más sencillo su manejo en dicha elaboración.

Dado que en la lista de piezas se tienen en cuenta los elementos normalizados,

establecemos en la siguiente tabla la relación entre las piezas, su número en los planos

y su número en la lista de piezas.

NOMBRE Nº EN PLANOS Nº EN LISTA DE PIEZAS

Agarre Cilindro 1 – Brazo 1 P0001 33

Base P0002 1

Biela 1 P0003 59

Biela 2 P0004 60

Biela 3 P0005 62

47



Brazo 1 P0006 29

Bulón 0 P0007 26

Bulón 1 P0008 27

Bulón 2 P0009 30

Bulón 3 P0010 31

Bulón 4 P0011 38

Bulón 5 P0012 34

Bulón Biela 1 P0013 58

Bulón Biela 2 P0014 61

Bulón Empuje P0015 56

Bulón Pinza P0016 65

Bulón Unión P0017 64

Cremallera Base 1 P0018 7

Piñón Base P0019 6

Eje Principal P0020 22

Empuje Pinza P0021 54

Pinza P0022 63

Placa para Cilindro Pinza P0023 43

Soporte A de Cilindro 4 P0024 46

Soporte B de Cilindro 4 P0025 53

Soporte Base P0026 2

48



Soporte Brazo 1 - Eje P0027 24

Soporte Cilindro 1 - Eje P0028 25

Soporte Cilindro Base P0029 11

Soporte B Cilindro Base P1 P0030 15

Soporte B Cilindro Base P2 P0031 17

Tabla 6: Número de pieza en plano o en lista.

Además, se han establecido los márgenes y confeccionado el siguiente cajetín para la

elaboración de los planos según la Norma UNE 1-026-83:

Dicho cajetín se organiza de la siguiente forma:

a) Escala: Se indica la escala por la que se regirán las principales vistas del

plano.

b) Material: Se indica el material del que estará hecha la pieza en cuestión.

Ilustración 27: Nuestro cajetín.

49


c) Hoja: Existen planos que constan de varias hojas. En este cuadro se indica

cuál de ellas ocupa el plano en cuestión.

d) Norma: Establece el sistema por la que se guían las diferentes vistas, que

pueden ser el sistema europeo o americano. En nuestro caso es el sistema

europeo.

e) Curso: Indica el curso académico durante el cual se realizó el plano.

f) Título: Indica el nombre que se ha establecido para la pieza.

g) Ciclo: Informa sobre el ciclo formativo al que pertenece.

h) Autor: Informa sobre nombre y apellidos de la persona responsable de la

realización del plano.

i) Conjunto: Nombra el conjunto general del que forma parte el plano.

j) Imagen: Ilustración sobre el escudo del centro al que pertenece el alumno que

realiza el ciclo.

A continuación, se exponen los planos de cada una de las piezas realizadas para

este proyecto. Para su visualización, véase El Anexo, al final del documento.

50


5. HERRAMIENTAS Y BRUTOS

UTILIZADOS

5.1. HERRAMIENTAS.

A través de la aplicación del Solidworks, se han confeccionado, desarrollado y generado

los diferentes códigos ISO útiles para la fabricación de las piezas en un centro de

mecanizado CNC. Estos códigos han sido guardados en archivos con extensión .txt y

adjuntos a este documento. Para las operaciones de mecanizado establecidas en dichos

códigos, se han utilizado las siguientes herramientas.

5.1.1. Herramientas de fresadora.

TIPO DE HERRAMIENTA DESIGNACIÓN

PLANEADO 50MM 5FL FACE MILL

PLANA 2MM CRB 4FL 6.3 LOC

PLANA 3MM CRB 2FL 12 LOC

PLANA 4MM CRB 4FL BM 14 LOC




PLANA 20MM CRB 2FL 38 LOV

CENTRADOR 6MM X 60DEG HSS CENTRADRILL

CENTRADOR 10MM X 90DEG CRB SPOT DRILL

BROCA 4MM JOBBER DRILL

BROCA 4.2MM JOBBER DRILL





BROCA 12.2MM JOBBER DRILL

ROSCADO-CUTTING M4 X 0.7 TAP

ROSCADO-CUTTING M5X0.8 TAP


51






FRESA EN T 6MM X 3MM HSS KEYWAY

FRESA EN T 19.5MM X 4MM HSS KEYWAY

Tabla 7: Lista de herramientas de fresadora

5.1.2. Herramientas de torno.


0.4X55º RÓMBICA CNMG 431 80DEG SQR HOLDER

0.4X55º RÓMBICA DNMG 43155DEG BORE BAR

0.4X80º RÓMBICA CNMG 431 80DEG SQR HOLDER

RANURADO 0.5MM GROOVE OD HOLDER

RANURADO 3MM CUT-OFF BLADE

CENTRADOR 6MM X 60DEG HSS CENTRADRILL


Tabla 8: Lista de herramientas de torno

5.2. Brutos.

A continuación, se indican los brutos utilizados para cada pieza, a excepción de la

cremallera y el piñón, que, al ser normalizados, los obtendríamos hechos, pero sí les

haríamos modificaciones:

PIEZA DIMENSIONES(MM)

P0001 35X55X20

P0002 580X600X30

P0003 80x15x5

P0004 65x80x5

P0005 95x15x5

P0006 45x445x15

P0007 Ø15x50

P0008 Ø25x135

P0009 Ø15x100

P0010 Ø25x145

P0011 Ø15x150

P0012 Ø25x150

P0013 Ø10x80

P0014 Ø10x70

52


PIEZA DIMENSIONES(MM)

P0015 Ø8x35

P0016 Ø10x45

P0017 Ø10x40

P0018 -

P0019 -

P0020 Ø460x130

P0021 36x85x25

P0022 160x90x30

P0023 150x350x100

P0024 50x35x10

P0025 50x35x10

P0026 Ø160x250

P0027 75x55x10

P0028 50x35x10

P0029 60x20x100

P0030 70x25x10

P0031 70x65x10

Tabla 9: Dimensiones de brutos de cada pieza

Cabe destacar que, para el mecanizado del chavetero del piñón (P0019), no es posible

realizarlo mediante torno o fresadora. Para ello, se utiliza una mortajadora, con la que sí es

posible el mecanizado de las esquinas interior de dicho chavetero.

53


5.3. MÁQUINAS UTILIZADAS

5.3.1. Centro de torneado CNC

Ilustración 28: Centro de torneado CNC

Es una máquina-herramienta diseñada para la fabricación de piezas de forma totalmente

automática. Para ello, estos tornos llevan instalado un software que permite su control,

automatizando el proceso.

Este software es conocido como “CNC o control numérico por computadora”. Está basado

en el posicionamiento sobre los ejes X, Y, Z. Gracias a lo cual una misma pieza se puede

taladrar, roscar, desbastar... en todos sus planos de forma totalmente automática.

Para realizar los mismos trabajos en tornos convencionales, sería necesario el uso de

varios modelos diferentes (paralelo, copiador, revólver). Por esa razón, los tornos CNC

tienen importantes ventajas sobre los convencionales:

• Ofrecen una mayor precisión en el proceso de mecanizado.

• Permiten mecanizar piezas complejas con precisión y en tiempos reducidos.

https://www.mundocompresor.com/diccionario-tecnico/maquina-herramienta

https://www.mundocompresor.com/diccionario-tecnico/cnc

https://www.mundocompresor.com/diccionario-tecnico/torno

54


• Permiten realizar diferentes mecanizados gracias al cambio automático de

herramientas.

• Es posible mecanizar piezas diferentes cambiando la programación.

También permiten ajustar el trabajo de las herramientas para adaptarlo al trabajo que se

tiene que realizar, el tipo de material o la precisión del acabado final mediante la

determinación de diferentes parámetros. Algunos de ellos son:

• Velocidad de corte

• Velocidad de rotación de la herramienta.

• Avance o velocidad de penetración de la herramienta.

• Profundidad de pasada.

5.3.2. Fresadora CNC

Ilustración 29: Fresadora CNC

55


Una máquina fresadora cnc es una máquina-herramienta controlada por ordenador que,

por arranque de viruta, hace girar una herramienta de rotación y corte denominada fresa.

Este proceso de fresado concluye con una pieza final única determinada por el tipo de

material, superficie y movimiento empleado.

Las fresadoras con control numérico por computadora (CNC) permiten la automatización

programable de la producción. Se diseñaron para adaptar las variaciones en la

configuración de productos. Su principal aplicación se centra en volúmenes de producción

medios de piezas sencillas y en volúmenes de producción medios y bajos de piezas

complejas, permitiendo realizar mecanizados de precisión con la facilidad que representa

cambiar de un modelo de pieza a otro mediante la inserción del programa correspondiente

y de las nuevas herramientas que se tengan que utilizar, así como el sistema de sujeción

de las piezas.

Cuando la tarea en cuestión varía, se cambia el programa de instrucciones. En las grandes

producciones en serie, el control numérico resulta útil para la robotización de la alimentación

y retirada de las piezas mecanizadas.

Las fresadoras universales modernas cuentan con visualizadores electrónicos donde se

muestran las posiciones de las herramientas, según un sistema de coordenadas, y así se

facilita mejor la lectura de cotas en sus desplazamientos. Asimismo, a muchas fresadoras

se les incorpora un sistema de control numérico por computadora (CNC) que permite

automatizar su trabajo.

https://es.wikipedia.org/wiki/Control_num%C3%A9rico_por_computadora

https://es.wikipedia.org/wiki/Automatizaci%C3%B3n

https://es.wikipedia.org/wiki/Programaci%C3%B3n

https://es.wikipedia.org/wiki/Visualizador

https://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_de_coordenadas

https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=L%C3%ADnea_de_cota&action=edit&redlink=1

https://es.wikipedia.org/wiki/Control_num%C3%A9rico_por_computadora

56


5.3.3. Mortajadora

Ilustración 30: Mortajadora convencional.

La “mortajadora o limadora vertical” es una máquina cuya herramienta, dotada de

movimiento rectilíneo y alternativo, vertical o poco inclinado, arranca viruta al moverse sobre

piezas fijadas sobre la mesa de la máquina. Sirven para mecanizar ranuras, chaveteros,

cubos de poleas, volantes... y también para contornear matrices, levas, placas, para tallar

engranajes, etc.

Los movimientos de trabajo de la mortajadora son:

• Corte: por desplazamiento longitudinal y vertical de la herramienta.

• Avance: por desplazamiento transversal o circular de la pieza.

• Profundidad de pasada: por desplazamiento longitudinal o axial de la pieza.

La herramienta tiene un movimiento alternativo: el descendente es el de corte y el

ascendente el de retroceso en vacío.

57


• Las herramientas en posición vertical se utilizan para trabajos de superficies

interiores, ranuras, etc.

• Las de posición horizontal se emplean en procesos de desbaste, acabado, tronzado

y ranurado.

58


6. BIBLIOGRAFÍA

• https://www.esneca.com/blog/brazo-robotico-industrias/

• https://www.hisour.com/es/robotic-arm-43070/

• http://www.aer-automation.com/wp-

content/uploads/2018/05/Presentaci%C3%B3n_AER_jornada_Vigo.pdf

• https://www.academia.edu/11059717/Historia_de_los_robots_industriales

• http://tecnologiapirineos.blogspot.com/2013/01/neumatica-ventajas-e-

inconvenientes.html

• https://ikastaroak.ulhi.net/edu/es/PPFM/DPMCM/DPMCM02/es_PPFM_DPMCM02

_Contenidos/website_31_el_mortajado.html

• https://www.mundocompresor.com/diccionario-tecnico/torno-cnc

• https://es.wikipedia.org/wiki/Fresadora

• http://emhmachinery.com/que-es-una-maquina-fresadora-cnc/

https://www.esneca.com/blog/brazo-robotico-industrias/

https://www.hisour.com/es/robotic-arm-43070/

http://www.aer-automation.com/wp-content/uploads/2018/05/Presentaci%C3%B3n_AER_jornada_Vigo.pdf

http://www.aer-automation.com/wp-content/uploads/2018/05/Presentaci%C3%B3n_AER_jornada_Vigo.pdf

https://www.academia.edu/11059717/Historia_de_los_robots_industriales

http://tecnologiapirineos.blogspot.com/2013/01/neumatica-ventajas-e-inconvenientes.html

http://tecnologiapirineos.blogspot.com/2013/01/neumatica-ventajas-e-inconvenientes.html

https://ikastaroak.ulhi.net/edu/es/PPFM/DPMCM/DPMCM02/es_PPFM_DPMCM02_Contenidos/website_31_el_mortajado.html

https://ikastaroak.ulhi.net/edu/es/PPFM/DPMCM/DPMCM02/es_PPFM_DPMCM02_Contenidos/website_31_el_mortajado.html

https://www.mundocompresor.com/diccionario-tecnico/torno-cnc

https://es.wikipedia.org/wiki/Fresadora

http://emhmachinery.com/que-es-una-maquina-fresadora-cnc/

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EL ANEXO

PLANOS DE FABRICACIÓN Y MONTAJE

diseÑo de un brazo neumÁtico - cavanilles

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