CAPITULO IV APLICACIONES DE CONTROL NEUMATICO
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CAPITULO IV APLICACIONES DE CONTROL NEUMATICO 1.- INTRODUCCIÓN. Las aplicaciones de la neumática en los automatismos; ya sea de manufactura o de procesos es muy extensa, sobre todo en la manufactura de productos, donde el ensamblaje de partes a través de robots de alta tecnología permite la elaboración de productos de alta calidad, en gran cantidad y bajos costos. La mayoría de estos robots contienen mecanismos básicos de accionamiento neumático. En el presente capítulo se analizan los circuitos fundamentales que constituyen los mecanismos de control neumático, desde los más sencillos, constituidos por sistemas de un cilindro, hasta esquemas más complejos constituidos por varios actuadores. En varios de los ejemplos que se analizan se presenta la solución utilizando elementos neumáticos exclusivamente y su correspondiente solución empleando elementos de control eléctrico, constituyéndose en sistemas o circuitos electro-neumáticos. Se analizan en el presente capitulo varios ejemplos de aplicaciones simplificadas, donde se muestra el poder del control neumático, en la realización de tareas sencillas para la elaboración de manufactura o partes de mecanismos más complejos. Como se mencionó al principio las aplicaciones de neumática son incontables
pero
se
establecen
en
el
presente
capitulo
principios
fundamentales para abordar el análisis detallado de los sistemas neumáticos simples y complejos, partiendo de la descomposición de los movimientos simples que conforman una tarea, identificando de esta manera los diferentes mecanismos que permiten la ejecución de la tarea.
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2.- CIRCUITOS NEUMÁTICOS Y ELECTRONEUMATICOS BASICOS. Se estudiarán en esta sección diferentes configuraciones básicas de circuitos de control neumático y electro-neumático a fin de presentar en forma
clara
el
funcionamiento
de
las
estructuras
elementales
del
automatismo y la secuencia de pasos que llevan a hacer funcionar el actuador respectivo. Para tal fin se analizan circuitos automáticos básicos que involucran el movimiento de un cilindro, de dos cilindros y de varios actuadores.
2.1.-CIRCUITOS CON UN SOLO CILINDRO. En el capitulo III, sección 3.3.3.1, se estudiaron y analizaron esquemas básicos para la operación de circuitos con un solo cilindro, ya sea de simple efecto o de doble efecto. Basándose en la descripción y análisis hecho en los esquemas básicos de la sección 3.3.3.1, se analizará un circuito más complejo mostrado en la figura 4.1 El esquema muestra los siguientes elementos: •
Cilindro de doble efecto. (1.0).
•
Válvula de maniobra de 5/2 vías con accionamiento y reposición neumática y manual combinada. (1.1).
•
Válvulas amortiguadoras de avance y retroceso del cilindro. (1.02 y 1.01 respectivamente).
•
Válvula de simultaneidad o compuerta and. (1.4).
•
Temporizador neumático (1.6).
•
Válvula de introducción de señal, de 3/2 vías normalmente cerradas de accionamiento manual y retorno por muelle. (1.8).
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•
Válvulas de final de carrera, de 3/2 vías normalmente cerrada de accionamiento por rodillo y retorno por muelle. (1.2 y 1.3).
Figura 4. 1 Circuito neumático con un cilindro. Funcionamiento del circuito:
Al pulsar la válvula 1.8, se coloca
presión en la entrada X de la válvula de simultaneidad (1.4). La entrada Y de la mencionada válvula ya tiene presión de aire, debido a que la válvula 1.2 está accionada desde hace tiempo y ha activado el temporizador 1.6. Por lo tanto la señal de presión de aire llega a la entrada Y.
La válvula de
simultaneidad deja pasar aire a la válvula de maniobras, con lo cual ésta se conmuta permitiendo que el aire a presión pase al cilindro y éste avance. Al comenzar el avance del cilindro se conmuta la válvula 1.2, la cual inmediatamente desconecta o cierra el temporizador y este a su vez desconecta la entrada de aire Y de la válvula de simultaneidad. Con esta ultima operación el mando de la válvula de maniobra queda sin alimentación,
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pero dicha válvula ya ha sido conmutada y el aire sigue fluyendo hacia el cilindro y éste continua avanzando hasta desplegarse completamente. Cuando el cilindro se despliega totalmente, su vástago alcanza la válvula de final de carrera 1.3 y la conmuta. El aire fluye a través de esta válvula y provoca la conmutación de la válvula de maniobra 1.1, que a su vez hace que el aire entre al cilindro pero para replegar su vástago. El vástago comienza a retroceder e inmediatamente se conmuta la válvula 1.3, pero la válvula de maniobra continua dejando pasar aire al cilindro para que éste se repliegue. Al finalizar el repliegue del vástago del cilindro, se conmuta la válvula de final de carrera 1.2 y la conmuta. La válvula 1.2 acciona el temporizador 1.6, éste ultimo después de un cierto tiempo ajustado por el operador deja pasar aire a la entra Y de la válvula de simultaneidad y el sistema neumático queda listo para una nueva operación a ser iniciada con la válvula de pulsador 1.8. La operación del automatismo se puede resumir de la siguiente manera:
al presionar el pulsador el cilindro avanza y al desplegarse
totalmente, automáticamente comienza a replegarse.
Al replegarse
completamente el cilindro no podrá ponerse en marcha nuevamente sino hasta un tiempo después. Si el temporizador no ha conmutado no se podrá poner en marcha el automatismo, aunque se pulse el pulsador de inicio 1.8. La velocidad de avance y de retroceso del cilindro se regulan con las válvulas 1.02 y 1.01 respectivamente. Circuito equivalente electro-neumático: En la figura 4.2 se muestra un circuito electro-neumático que realiza la misma operación que el circuito neumático descrito anteriormente. Fundamentalmente se han reemplazado todos los elementos de introducción y procesamiento de señales neumáticos por dispositivos eléctricos. De la parte neumática del circuito se conserva
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únicamente la fuente de aire la válvula de maniobras (ahora accionada por solenoides) y el cilindro.
Figura 4. 2 Circuito electro-neumático equivalente.
Funcionamiento del circuito electro-neumático equivalente:
El
contacto T1 se encuentra cerrado ya que se supone que ha pasado suficiente tiempo desde que el cilindro se replegó por ultima vez, al igual que el contacto del final de carrera FC1 que también se encuentra cerrado. Al pulsar el start, se energiza el solenoide SI de la válvula de maniobra 1.1, con lo cual se conmuta la válvula y pasa aire al cilindro, desplegando su vástago. Cuando el vástago alcanza la posición del final de carrera FC2, lo conmuta y se energiza el solenoide SD, con lo cual se conmuta la válvula de maniobra 1.1 y el aire pasa en otra dirección hacia el cilindro, replegando su vástago. Al replegarse completamente el vástago, se acciona el final de carrera FC1, el cual cierra su contacto y energiza el temporizador. El contacto T1 no
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se cierra sino hasta un cierto tiempo ajustado por el operador. Antes de que se cierre T1 el cilindro no puede ponerse en marcha nuevamente. Como puede apreciarse el funcionamiento es idéntico al obtenido con el circuito de componentes enteramente neumáticos.
2.2.-CIRCUITOS CON DOS CILINDROS. Se expondrá a continuación los principios y esquemas básicos de controles neumáticos que accionan dos cilindros. El análisis es muy similar al que se realiza para los circuitos que contienen un cilindro, adicionalmente se incorporan una técnica gráfica que ayuda a la interpretación del funcionamiento del sistema de control. La figura 4.3 muestra un sistema de control neumático para controlar el accionamiento de dos cilindros, el esquema se desarrolló siguiendo las pautas marcadas en el capitulo III.
Figura 4. 3 Esquema de control neumático con dos cilindros.
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Los elementos en el esquema son los siguientes: •
Cilindro de doble efecto. (1.0 y 2.0).
•
Válvula de maniobra de 5/2 vías con accionamiento y reposición neumática y manual combinada. (1.1 y 2.1).
•
Válvulas amortiguadoras de avance y retroceso del cilindro. (1.02, 2.02 y 1.01, 2.01 respectivamente).
•
Válvulas de simultaneidad o compuertas and. (1.4 y 2.6).
•
Temporizadores neumáticos (1.6, 1.5, 2.4, 2.5).
•
Válvula de introducción de señal, de 3/2 vías normalmente cerradas de accionamiento manual y retorno por muelle. (1.8).
•
Válvulas de final de carrera, de 3/2 vías normalmente cerrada de accionamiento por rodillo y retorno por muelle. (1.2, 1.3, 2.2 y 2.3).
Funcionamiento del circuito:
Para iniciar partimos de que ha
transcurrido suficiente tiempo desde la última puesta en marcha del sistema, de tal forma que los temporizadores 1.6 y 2.5 permiten el paso de aire. El arranque del sistema de control ocurre cuando se presiona la válvula 1.8, la cual coloca presión en la entrada X de la válvula de simultaneidad, y como la entrada Y tiene ya presión, se energiza la válvula de maniobra 1.1.
Al
conmutarse ésta el cilindro 1.0 comienza a avanzar. El inicio del avance del cilindro 1.0 provoca que la válvula 1.2 conmute y se cierra la alimentación de aire al temporizador 1.6, que a su vez bloquea la válvula de simultaneidad. Cuando el cilindro 1.0 se despliega completamente, el vástago alcanza y conmuta la válvula de final de carrera 1.3, que a su vez energiza al temporizador 1.5. Este temporizador permitirá el paso de aire después de un cierto tiempo ajustado por el operador. Cuando el temporizador 1.5 permite el paso de aire, la señal de presión se divide a las válvulas de maniobras 1.1 y a la válvula de simultaneidad 2.6, lo cual provoca dos acciones diferentes al mismo tiempo.
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Por un lado la conmutación de la válvula 1.1 hace que el cilindro 1.0 se repliegue, con lo que se desconecta la válvula 1.3 y el temporizador 1.5. Al replegarse al máximo se acciona la válvula 1.2, la cual acciona el temporizador 1.6 y éste a su vez, un cierto tiempo después, pondrá nuevamente presión de aire en la entrada Y de la válvula de simultaneidad 1.4 . Por otro lado la señal de presión del temporizador 1.5 que alimenta a la válvula de simultaneidad 2.6 hace que ésta conmute, ya que tiene presión en Y; permitiendo la alimentación de la válvula de maniobra 2.1, la cual se acciona y pasa el aire hacia el cilindro 2.0 con lo que se produce el avance del mismo. El avance del cilindro 2.0 desencadena acciones similares a las desencadenadas por el cilindro 1.0. La válvula 2.2 se conmuta y bloquea el temporizador 2.4, el cual corta la señal en la compuerta and 2.6. Cuando el cilindro despliega completamente su vástago acciona la válvula de final de carrera 2.3 y ésta energiza el temporizador 2.5. El temporizador deja pasar aire un cierto tiempo después, con lo que se conmuta la válvula de maniobra 2.1 y el cilindro 2.0 retrocede. Cuando esto ocurre se conmuta la válvula 2.3 con lo que se desconecta el temporizador 2.5. Al replegarse completamente el cilindro 2.0, se conmuta la válvula 2.2 energizando el temporizador 2.4, el cual un cierto tiempo después alimentará la entrada Y de la compuerta and 2.4. La actuación del circuito neumático puede resumirse de la siguiente manera: Al presionar la válvula 1.8, el cilindro 1.0 avanza, cuando alcanza su máxima posición se detiene y permanece desplegado un cierto tiempo, luego en forma automática comienza a replegarse y al mismo tiempo el cilindro 1.2 comienza a avanzar. El cilindro 1.0 retrocede completamente mientras que el 2.0 se despliega completamente, éste permanece desplegado un cierto tiempo y luego retrocede completamente.
Todo el sistema permanece
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inhabilitado para un nuevo ciclo hasta que el temporizador 1.6 conmuta y coloca presión de aire en la entrada Y de la válvula 1.4. Diagrama de pasos o de fases: El accionamiento de los cilindros puede ser representado mediante un diagrama de pasos, de fases o de espacio - tiempo como también se llaman, a fin de ilustrar en forma más clara la forma como acciona el circuito neumático. En la figura 4.4 se muestra un diagrama de fases para el circuito de dos cilindros que se está estudiando.
Figura 4. 4 Diagrama de fase - tiempo del circuito.
El sistema tiene siete pasos o fases, emplea 26 segundos en realizar el ciclo de funcionamiento. El 0 indica que el cilindro está retraído y el 1 que el cilindro está desplegado. Todas las acciones de los cilindros se pueden apreciar en forma clara en el diagrama; por ejemplo en el paso 3 a 10 segundos de haber pulsado la válvula 1.8 el cilindro 1.0 se retrae mientras que el 2.0 se despliega. Se ha supuesto que la velocidad de avance y retroceso de los cilindros son iguales. Circuito equivalente electro-neumático: En la figura 4.5 se muestra el circuito electro-neumático equivalente para el circuito de dos cilindros.
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Figura 4. 5 Circuito eletro-neumático de dos cilíndros.
Funcionamiento del circuito:
Se supone que el sistema ha
permanecido en posición de reposo durante mucho tiempo antes de iniciar la secuencia de funcionamiento de tal forma que los finales de carrera FC1 y FC3 están accionados y los temporizadores T1 y T3 han cerrado sus respectivos contactos. Al presionar el start, se energiza el solenoide SI1, de la válvula 1.1 y ésta se conmuta permitiendo el avance del cilindro 1.0. Al avanzar el cilindro se conmuta el final de carrera FC1 con lo que se desenergiza el temporizador T1. Al desplegarse completamente el cilindro 1.0 se activa el final de carrera FC2, que energiza el temporizador T2. Un tiempo después T2 cierra su contacto energizando el solenoide SD1 de 1.1 y el solenoide SI2 de 2.1. SD1 hace retroceder al cilindro 1.0 y SD2 hace avanzar al cilindro 2.0. Al retroceder el cilindro 1.0 se desconecta el final de carrera FC2 y T2 abre su contacto.
Al replegarse completamente el cilindro se
conecta el final de carrera FC1 energizando el temporizador T1.
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Al avanzar el cilindro 1.0
se desconecta el final de carrera FC3,
desenergizando el temporizador T3 y éste a su vez desenergiza SI2. Cuando el cilindro se despliega completamente se acciona el final de carrera FC4, el cual energiza el temporizador T4, un tiempo después T4 cierra su contacto y energiza SD2 de la válvula 2.1. La válvula se conmuta y el cilindro comienza
a
retroceder,
desactivando
FC4
y
T4.
Al
replegarse
completamente se activa FC3 y T3.
2.3.-CIRCUITOS CON VARIOS ACTUADORES. Un sistema neumático o electro-neumático contiene por lo general varios actuadores que ejecutan diferentes funciones.
En la figura 4.6 se
muestra un diagrama de un circuito de control donde están presentes un cilindro de doble efecto, un actuador de giro y un motor neumático. El esquema muestra los siguientes elementos: •
Actuador giratorio. (1.0).
•
Cilindro de doble efecto. (2.0).
•
Motor neumático. (3.0).
•
Válvulas de maniobra de 5/2 vías con accionamiento y reposición neumática y manual combinada. (1.1 y 2.1).
•
Válvula de maniobra de 5/2 vías con accionamiento neumático y manual combinado, reposición por muelle. (3.1).
•
Válvulas amortiguadoras de avance y retroceso del cilindro. (2.02 y 2.01 respectivamente).
•
Válvula de simultaneidad o compuerta and. (1.6 y 2.8).
•
Temporizadores neumáticos (2.3, 3.2 y 3.4).
•
Válvula de introducción de señal, de 3/2 vías normalmente cerradas de accionamiento manual y retorno por muelle. (1.2, 1.3 y 2.6).
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•
Válvulas de final de carrera, de 3/2 vías normalmente cerrada de
accionamiento por rodillo y retorno por muelle. (1.4, 2.2, 2.4 y 3.2).
Figura 4. 6 Circuito de control neumático de varios actuadores. El diagrama de fases mostrado en la figura 4.7, explica a grandes rasgos la forma de operación del sistema neumático. Los tres actuadores operan de la siguiente manera: Al pulsarse 1.2, se conmuta la válvula de
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maniobras 1.1 y el actuador de giro 1.0, realiza su maniobra y acciona la válvula 2.2, con lo cual el sistema de mando del cilindro 2.0 queda habilitado.
Figura 4. 7 Diagrama de fases de tres actuadores.
Al pulsarse la válvula 2.2 se conmuta la válvula 2.1 y el cilindro avanza y al desplegarse completamente se acciona la válvula 3.2, que a su vez energiza tres temporizadores al trabajo; dos con válvulas cerradas y uno con válvula abierta. El temporizador 3.4 acciona su válvula a tres segundos de haberse energizado y el motor arranca, el temporizador 3.2 acciona su
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válvula a 15 segundos y el motor se detiene. Por lo tanto el motor solo funciona durante doce segundo, como lo muestra el diagrama de fases. El temporizador 2.3 acciona su válvula a 21 segundos de haber sido energizado y conmuta la válvula 2.1, con lo cual se hace retroceder el cilindro y se conmuta la válvula
3.2, reponiendo de esta forma todos los
temporizadores. Con el cilindro replegado se puede accionar la válvula 1.3 para llevar el actuador giratorio a su posición inicial. En la figura 4.8 se muestra el esquema electro-neumático equivalente para los tres actuadores. Se invita al lector a desarrollar paso a paso la forma de operación del circuito, la cual lleva a acciones de los actuadores similares a las descritas para el circuito totalmente neumático.
3.-APLICACIONES
BASICAS
DE
AUTOMATIZACIÓN
CON SISTEMAS NEUMÁTICOS. En esta sección se analizan un conjunto de aplicaciones básicas, relacionadas con la automatización de tareas, a través de la conformación de circuitos neumáticos o electro-neumáticos. Estos ejemplo pueden integrarse entre ellos y conformar un sistema más complejo desarrollando funciones de alta tecnología. Para realizar el análisis a veces es necesario descomponer las actividades mecánicas en movimientos simples a fin de poder simplificar el proceso y hacerlos más fácil de comprender. En la figura 4.9 se muestra un conjunto de símbolos que se usarán para representar funciones o movimientos básicos de mecanismos más complejos. corresponden a la norma Alemana VDI 2860.
Dichos símbolos
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Figura 4. 8 Circuito electro-neumรกtico equivalente.
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Figura 4. 9 Símbolos para funciones básicas.
EJEMPLO No. 4.1: En la figura 4.10 se muestra una prensa para la unión de dos objetos con pegamento. Al presionar el pulsador, el vástago de la prensa avanza en forma lenta y cuando alcanza la posición de trabajo, se mantiene la fuerza de prensado sobre los objetos, por un lapso de 6 segundos. Al cumplirse el tiempo, el vástago retrocede en forma automática a su posición de reposo.
Para poner nuevamente la prensa en
funcionamiento debe haber un tiempo de espera de 5 segundos. velocidad de retroceso deberá ser alta aunque regulable.
La
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Figura 4. 10 Prensa neumática de objetos.
El circuito neumático que satisface las condiciones impuestas por el problema se muestra en la figura 4.11. La válvula 1.8 es el pulsador de inicio, el temporizador que controla el tiempo de prensado es 1.6 y el que retarda la puesta en operación de la prensa, nuevamente, es 1.5. La válvula 1.01 regula el retroceso del cilindro mientras que la 1.02 regula el avance. La posiciones de cilindro desplegado y cilindro replegado son controladas por las válvulas 1.3 y 1.2 respectivamente. Las maniobras se realizan a través de la válvula 1.1. La versión electro-neumática del control se muestra en la figura 4.12, las funciones de control son idénticas a la del circuito neumático y también cumplen con los requisitos del problema. Los finales de carrera detectan la posición del vástago, los temporizadores eléctricos producen los retardos de tiempo requerido y el pulsador de start se usa para poner en marcha la prensa.
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Figura 4. 11 Esquema neumรกtico de la prensa.
Figura 4. 12 Esquema electro-neumรกtico de la prensa.
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EJEMPLO No. 4.2: En la figura 4.13 se muestra un sistema para extraer piezas de un cargador y depositarlas en una caja a través de un plano inclinado. El sistema funciona de la siguiente manera: al oprimir un pulsador el primer cilindro (1.0) extrae una pieza del cargador.
A
continuación el segundo cilindro (2.0) empuja la pieza para que resbale sobre el plano inclinado y se deposite en la caja de embalaje.
Concluida la
operación el cilindro 1.0 retrocede y luego retrocede el cilindro 2.0.
Se
incluye en la figura el diagrama de fases y tiempo estimado de la operación.
Figura 4. 13 Cargador automático con su diagrama de fases.
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La figura 4.14 muestra el circuito neumático del automatismo de carga de piezas. Hay cuatro válvulas de final de carrera que indican las posiciones de despliegue y repliegue de ambos cilindros. Al pulsar la válvula 1.2, se conmuta la válvula de maniobras 1.1, el cilindro 1.0 avanza y extrae una pieza del cargador. Al concluir esta operación se conmuta la válvula 2.2 y el cilindro 2.0 avanza, descargando la pieza en la rampa. Seguidamente se acciona la válvula 1.3 y el cilindro 1.0 se repliega, al terminar de retraerse se acciona la válvula 2.3 y el cilindro 2.0 se retrae.
Figura 4. 14 Circuito neumático del cargador.
En la figura 4.15 se muestra un diagrama electro-neumático equivalente. Los finales de carrera FC3 y FC4 se encuentran accionados inicialmente, de tal forma que al pulsar P1se energiza el solenoide SI1, conmutando la válvula de maniobras 1.1, lo cual provoca el avance del cilindro 1.1. Al desplegarse el cilindro 1.1 se acciona FC2, se energiza SI2 y
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avanza el cilindro 2.0. Al concluir el avance del cilindro 2.0 se acciona FC1 y retrocede el cilindro 1.0, al replegarse completamente se conmuta FC3 y el cilindro 2.0 se retrae. Como se puede apreciar el funcionamiento es igual que el descrito para el circuito de componentes exclusivamente neumáticos.
Figura 4. 15 Circuito electro-neumático equivalente del cargador.
EJEMPLO No. 4.3: En la figura 4.16 se muestra un esquema de una máquina de accionamiento neumático para taladrar un orificio en una pieza sólida.
El sistema funciona de la siguiente manera:
la pieza se coloca
manualmente en la posición de taladrado, se pulsa un pulsador y la pieza es sujetada por una prensa, una vez sujeta se pone a girar el motor neumático y la mecha avanza y taladra la pieza lentamente, impulsada por un cilindro. Al alcanzar la mecha una profundidad detectada por un final de carrera el cilindro retrocede y retorna a su posición inicial, luego la pieza es liberada y la máquina queda lista para un nuevo ciclo. Se incluye en la figura 4.16 el diagrama de fases de los diferentes elementos. En la figura 4.17 se muestra un arreglo electro-neumático para la máquina de taladrado automático.
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Figura 4. 16 máquina para taladrado automático.
El circuito opera de la siguiente forma:
los cilindros cuentan con
cuatro sensores de proximidad inductivos, con el fin de detectar la posición del vástago en cada uno de ellos. En la posición mostrada en el diagrama, los sensores SI1 y SI3 se encuentran accionados por lo tanto el contactor auxiliar C11 está energizado y sus contactos están accionados; es decir, el C11(23-24) está cerrado y el contacto C11(11-12) está abierto. Al pulsar S1 se energiza el solenoide S1A conmutando la válvula 1.1, el cilindro A comienza a avanzar y el sensor SI1 desconecta el solenoide S1A, pero el cilindro continua avanzando.
Cuando el cilindro alcanza la posición del
sensor SI2, la pieza queda sujeta en la prensa y se habilita el circuito del contactor auxiliar C10. Para iniciar el taladrado se pulsa S2 con lo cual se energiza el contactor auxiliar C10, accionando sus contactos y el temporizador al trabajo. El contacto C10(23-24) energiza el solenoide S2A y el cilindro B comienza su avance, inmediatamente se abre el sensor SI3 el cual desconecta al contactor auxiliar C11 y sus contactos retoman la posición normal, con lo que
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se desconecta el solenoide S2A y se energiza el solenoide S3A poniéndose en marcha el motor neumático, también se energiza el contactor auxiliar C12 que cierra su contacto C12(13-14) que sirve de retención a la alimentación de S3A y C12.
Figura 4. 17 Esquema electro-neumático de taladradora automática.
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Cuatro segundos después de haber pulsado S2 se desenergiza C10, retornado los contactos a su posición inicial, pero el proceso de taladrado continua. El proceso de taladrado debe durar más de cuatro segundos. Cuando el cilindro B alcanza la posición del sensor SI4, se energiza el solenoide S2B y el cilindro comienza a retroceder y al alcanzar la posición de repliegue total, el sensor SI3 activa nuevamente el contactor auxiliar C11 con lo cual se apaga el motor neumático. La pieza se libera al pulsar S3, energizando el solenoide S2A, conmutando la válvula 1.1 y el cilindro A retrocede, quedando listo para una nueva operación de taladrado. El proceso se detiene al pulsar So y los cilindros deberán llevarse a la posición inicial manualmente usando los pulsadores incorporados a las válvulas 1.1 y 1.2. Se puede lograr que el proceso use menos pulsadores pero se deben incorporar elementos de automatización más complejos. EJEMPLO No. 4.4: En la figura 4.18 se muestra un esquema de una máquina de accionamiento electro-neumático usada en telares y empresas de confección de prendas de vestir.
Al pulsar un botón de marcha, un
cilindro sin vástago se encarga de desplazar transversalmente el aparato de corte.
La velocidad del corte se regula a través de las válvulas de
estrangulamiento.
Una vez finalizado el corte, el aparato se devuelve
automáticamente a la posición inicial y queda listo para un nuevo corte. El circuito electro-neumático se muestra en la figura 4.19. Como se puede apreciar aparece el esquema de alimentación del motor eléctrico. Se supone que la máquina inicia con el actuador sin vástago colocado en el extremo derecho de la mesa, por lo tanto el sensor inductivo SI1 se encuentra accionado y en consecuencia el relé auxiliar C10 está energizado y sus contactos accionados.
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Figura 4. 18 Maquina de cortar tela.
Al presionar el pulsador S1 se energiza el contactor C1, ya que los contactos C10(13-14) y C10(23-24) se encuentran cerrados. Al energizarse C1 se accionan sus contactos. Los contactos principales arrancan el motor y el auxiliar C1(13-14) sirve de retención, adicionalmente se inicia el temporizador al trabajo que acompaña a C1. Cuatro segundos después se cierra el contacto C1T(67-68) y se energiza el solenoide S1A. Al conmutarse la válvula 1.1 el actuador mueve el sistema de corte hacia la izquierda. Cuando la cortadora finaliza el corte o sea cuando se alcanza la posición del sensor inductivo SI2, se energiza el contactor auxiliar C11 y éste a su vez energiza el solenoide S2A a través del contacto C11(13-14) y desconecta el motor a través del contacto C11(11-12). El solenoide S2A conmuta la válvula 1.1 y el actuador regresa a la posición inicial, quedando el sistema listo para un nuevo corte.
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Figura 4. 19 Esquema electro-neumรกtico de mรกquina de cortar telas.
325
EJEMPLO No. 4.5: En la figura 4.20 se muestra un sub-sistema de control de calidad en la producción de bandejas metálicas. Este funciona de la siguiente manera:
Una vez que las bandejas han sido formadas y
estampadas, se llevan a través de una cinta de transporte al control de calidad. La imagen de la bandeja se revisa en forma automática por medio de un sistema de adquisición de imágenes, el cual produce dos señales excluyentes. Una de las señales es para avanzar la cinta transportadora en caso de que la bandeja sea rechazada. La otra señal genera un pulso de dos segundos para activar el brazo neumático que retira la bandeja de la cinta y la coloca en una pila. Una vez que la pila está llena se detiene el proceso para proceder a vaciar la pila.
Figura 4. 20 Sistema de control de calidad de bandejas.
La figura 4.21 muestra el circuito electro-neumático que gobierna el sistema de control de calidad.
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Figura 4. 21 Diagrama electro-neumรกtico de control de calidad de bandejas.
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El sistema consta de tres actuadores: uno giratorio, un cilindro de doble efecto y unas pinzas de simple efecto, todos accionadas a través de sus válvulas de maniobras. Todos los sensores inductivos de posición y el fotoeléctrico accionan un relé o contactor auxiliar. Los sensores SI1, SI3 y SI5 se encuentran accionados inicialmente, lo cual se indica con una flecha sobre el contacto en el diagrama. Por lo tanto los contactores auxiliares asociados se encuentran energizados, es decir; el contacto C13, C15 y C17 se encuentran cerrados. Para iniciar el proceso se pulsa P1, con lo que se energiza el contactor auxiliar C11, accionándose sus contactos auxiliares. Uno de ellos sirve de retención a la alimentación de C11 y el otro pone en funcionamiento la cámara y el sistema de adquisición de imágenes. El sub-sistema de adquisición de imágenes genera dos señales independientes:
La primera acciona el sistema de la correa o banda de
transporte, en caso de que la bandeja no cumpla los requisitos, la banda avanza y coloca una nueva bandeja frente a la cámara. Si la bandeja es aceptable se produce una señal cerrando el contacto C12 durante dos segundos, tiempo suficiente para iniciar el movimiento del brazo que retirará y colocará en la pila de almacenamiento la bandeja. En condiciones iniciales el brazo se encuentra ubicado sobre la pila de bandejas. El contacto C12 se cierra y debido a que el contacto C13 está cerrado se energiza el solenoide S1A, conmutándose la válvula 1.1. El actuador giratorio se mueve y se posiciona sobre la bandeja. Al moverse el actuador se abre el sensor SI1 con lo cual se desenergiza el relé C13, que a su vez desenergiza el solenoide S1A. Al alcanzar el brazo la posición del sensor SI1, se cierra el contacto y se energiza el relé auxiliar C14, el cual acciona sus contactos C14 y se energiza el solenoide S2A
(C15 y C17 están cerrados). Este a su vez
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conmuta la válvula 2.1 y el cilindro comienza a bajar el brazo baja hasta la cinta de transporte para tomar la bandeja. Cuando el vástago avanza, se abre SI3 desenergizando el relé C15 y éste a su vez al solenoide S2A. Al posicionarse el brazo sobre la bandeja se cierra el contacto del sensor SI4, con lo cual se energiza el relé auxiliar C16, accionando sus contactos. El relé C16 posee cuatro contactos auxiliares, uno de ellos sirve de retención a la alimentación de C16. Otro energiza el solenoide S1C. Los otros dos habilitan; cada uno de ellos, el circuito de alimentación de los solenoides S2B y S2A. Al energizarse S1C, se conmuta la válvula 3.1, la pinza se cierra y toma la bandeja. Cuando la pinza avanza para tomar la bandeja, abre el contacto del sensor SI5, lo que desenergiza la bobina del relé C17.
Al
retornar el contacto C17 a su posición normal se inhabilita el circuito de alimentación del solenoide S1B. Al cerrarse completamente la pinza sobre el objeto se cierra el contacto del sensor SI6, energizando a su vez el relé C18, que acciona su contacto y energiza el solenoide S2B, conmutando la válvula 2.1 y el brazo sube. Cuando el brazo sube se abre el sensor SI4, pero esto no tiene ningún efecto ya que el relé C16 tiene una retención propia en su alimentación. Al replegarse totalmente el brazo, se cierra el contacto del sensor SI3, energizando la bobina del contactor auxiliar C15, el cual acciona sus dos contactos auxiliares, uno de ellos acciona el solenoide S1A. El otro contacto no tiene ningún efecto ya que el circuito de alimentación de S1B está inhabilitado por el contacto C17. La energizaciòn del solenoide S1A conmuta la válvula 1.1 y el actuador de giro mueve el brazo hacia la posición inicial sobre la pila de bandejas. Al comenzar a moverse el brazo, se abre el contacto del sensor
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SI2, desenergizando la bobina C14, con lo cual sus contactos retoman su posición inicial. Al llegar el brazo a su posición inicial, el actuador giratorio cierra el contacto del sensor inductivo SI1, conectando la bobina del relé auxiliar C13. El contacto auxiliar NA de C13 habilita el circuito de energizaciòn del solenoide S1A, pero no lo energiza ya que C12 está abierto (el proceso de separación de la bandeja desde la cinta de transporte hacia la pila dura más de dos segundos). El otro contacto de C13, el NC desconecta el relé C16 con lo cual se desenergizan los solenoides S1C, S2B y S2A. Cuando se desenergiza el solenoide S1C, la bandeja es liberada por la pinza y cae sobre la pila.
El sistema queda listo para una nueva
operación. Para detener el proceso a voluntad se presiona el pulsador Po. Cuando la pila tiene muchas bandejas se acciona el sensor foto-eléctrico, energizando la bobina C10, la cual abre el contacto C10 y se desactiva todo el sistema. EJEMPLO No. 4.6: En la figura 4.22 se muestra un sistema para cargar placas lisas en una banda de transporte. La carga se realiza desde dos pilas de placas situada a ambos lados de la banda. La máquina posee dos brazos con ventosas y mientras un brazo busca una pieza en una pila, el otro descarga otra pieza en la banda de transporte. En la figura 4.23 se muestra el diagrama electro-neumático del sistema de carga automático. Como se puede apreciar el sistema consta de cinco actuadores: un actuador sin vástago que mueve el carro, dos cilindros de doble efecto para bajar y subir los elementos de sujeción y dos ventosas de succión para sujetar las piezas a desplazar. Se cuenta con seis sensores que indican las posiciones del carro, en el extremo izquierdo y en el derecho (SI1 y SI2). Las posiciones del brazo; arriba o abajo son indicadas por los sensores SI2 y SI3
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en el cilindro de la derecha y por los sensores SI3 y SI4 en el cilindro de la izquierda. Hay dos sensores fotoeléctricos que señalan cuando las pilas se han vaciado.
Figura 4. 22 Cargador de placas en cinta de transporte.
Todos los sensores accionan relés auxiliares. El estado inicial o de reposo del sistema es el mostrado en la figura 4.22, es decir con el carro en la posición izquierda y los dos cilindros en la parte alta. En estas condiciones iniciales el circuito mostrado en la figura 4.23 se encuentra en reposo; sin embargo hay varios detectores y relés accionados.
Los contactos
accionados se muestran con una flecha que indica tal situación. Para iniciar el proceso de carga se pulsa P1 con lo cual se energiza el contactor auxiliar C20, accionando sus dos contactos NA. Uno de ellos sirve de retención de alimentación de C20, el otro energiza el solenoide S2A.
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Figura 4. 23 Diagrama electro-neumรกtico de cargador automรกtico.
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La energizaciòn del solenoide S2A conmuta la válvula 2.1 y el cilindro B se despliega bajando el brazo a la pila. Al bajar el brazo el sensor SI3 se abre y desenergiza el relé C12 que abre sus contactos
auxiliares y se
desenergiza el solenoide S2A. Cuando el brazo alcanza la pila se cierra el contacto del sensor SI4, con lo cual se energiza el relé C13, que cierra tres contactos NA y abre uno NC. Un NA sirve de retención de la alimentación de C13, otro energiza el generador de vacío VB y al temporizador T1, el tercero habilita el circuito de alimentación del solenoide S1A.
La apertura del
contacto NC de C13 inhabilita el circuito de alimentación del solenoide S2A. La ventosa tiene dos segundos para sujetar de manera firme la pieza que va a levantar el brazo. A los dos segundos de energizarse T1 se cierra su contacto auxiliar alimentando el solenoide S2B, con lo cual se conmuta la válvula 2.1 y el cilindro B se repliega subiendo el brazo. Al iniciar el ascenso el sensor SI4 se abre pero el relé C13 se mantiene energizado por su retención.
Al culminar el ascenso se cierra
nuevamente el contacto del sensor SI3 energizando la bobina del relé C12, pero ahora no se energiza S2A por estar inhabilitado por el contacto C13 NC. Pero ahora si se energiza el solenoide S1A, cuyo circuito está habilitado por el contacto C13 NA. Cuando se energiza el solenoide S1A, se conmuta la válvula 1.1 y el carro se desplaza hacia la derecha. Al comenzar a desplazarse, se abre el contacto del sensor SI1, desenergizándose el relé C10; uno de sus contactos auxiliares desconectan al solenoide S1A, otro inhabilita la alimentación de S2A y el tercero habilita la alimentación del relé C15. Cuando el carro llega a la máxima posición de la derecha se cierra el contacto del sensor SI2 energizando la bobina del relé C11. El relé C11 tiene dos contactos NA y uno NC. El contacto NC se abre y desenergiza el relé C13, por lo que cesa la succión y la pieza transportada
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cae por gravedad sobre la cinta, los otros contactos de C13 regresan a su posición de reposo. Uno de los contactos NA de C11 energiza el solenoide S3A, conmutándose la válvula 3.1 y
el actuador C despliega el vástago
bajando el brazo. El otro contacto NA de C11 se cierra, habilitando el circuito de alimentación de S1B. Cuando el brazo del actuador C comienza a bajar se abre el contacto del sensor SI5 desconectando el contactor auxiliar C14, que a su vez desenergiza al solenoide S3A a través de su contacto C14 NA.
El otro
contacto NC de C14 habilita el circuito de alimentación del solenoide S3B. Al bajar completamente el brazo del actuador C, se cierra el contacto del sensor SI6 energizando la bobina del relé C15, la cual acciona un contacto NC y tres contactos NA. Uno de los contactos NA sirve de retención a la alimentación de C15, el otro contacto NA activa el generador de vacío VC y el temporizador T2, el tercer contacto NA habilita el circuito de alimentación del solenoide S1B.
El contacto NC de C15 inhabilita la
alimentación de S3A. La ventosa VC succiona una pieza de la segunda pila. Dos segundos después de activarse el temporizador se cierra su contacto auxiliar y se energiza el solenoide S3B, conmutándose la válvula 3.1 y el actuador C se repliega subiendo el brazo con la pieza. Cuando el brazo comienza a subir se abre el contacto del sensor SI6, pero no se desenergiza C15 debido a su retención. Al subir completamente el brazo del actuador C se cierra nuevamente el contacto del sensor SI5 activando el relé C14. Los contactos auxiliares de C14 desconectan el solenoide S3B y conectan el solenoide S1B. Al energizarse el solenoide S1B se conmuta la válvula 1.1 y se mueve el carro hacia la izquierda. Al moverse el carro inmediatamente el sensor SI2 se abre desenergizando al relé C11, todos sus contactos pasan a la posición de reposo y se desconecta el solenoide S1B.
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Cuando el carro llega a la posición inicial se cierra el contacto del sensor SI1, energizando nuevamente la bobina C10, con lo cual se desconecta el relé C15, la succión cesa y la pieza cae sobre la banda de transporte. El proceso se inicia nuevamente y solo se detendrá cuando se pulse Po, o cuando alguno de los sensores fotoeléctricos detecte el vaciado de una o ambas pilas de piezas. Cuando esto ocurre se energiza el relé C16 y se abre su contacto NC, desenergizando el relé C20, con lo cual se detiene el ciclo.
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4.-EJERCICIOS DE DESARROLLO. EJERCICIO 4.1: En la siguiente figura se muestra un arreglo de parte de una máquina de cortar tubos delgados sin producir desechos, la cual usa rodillos cortantes. El corte debe realizarse de manera tal que cada una de las cuchillas penetre el tubo hasta el centro. Dos de las tres cuchillas están montadas en palancas basculantes que ejecutan el movimiento en función del descenso de la cuña que sujeta el otro rodillo cortante. En consecuencia,
el accionamiento de las tres cuchillas está a cargo de un cilindro de trabajo grande o de un cilindro de posiciones múltiples. Así, el avance de los tres rodillos hasta el centro del tubo se produce mecánicamente. La velocidad de avance se regula mediante el estrangulamiento del aire de escape. Después
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de cada corte, la pieza es depositada sobre un plano inclinado y el tubo avanza a través del mandril hasta un tope para efectuar el siguiente corte. A) Elaborar un diagrama de fases de los actuadores que intervienen en el proceso. B) Elaborar un esquema electro neumático del sistema. EJERCICIO 4.2: A continuación se muestra una cuchilla neumática para cortar restos de material, después de una operación de punzado y corte. A) Elaborar un diagrama de fases de los actuadores que intervienen en el proceso. B) Elaborar un esquema electro neumático del sistema.
EJERCICIO 4.3: En el siguiente esquema se muestra un sistema de alimentación de piezas a una prensa. El sistema se manipulación recoge las piezas de una cinta de transporte mediante una pinza y las coloca en la
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prensa. Una vez desbarbadas, las piezas caen por su propio peso sobre un plano inclinado. La unidad giratoria esta dotada de un contrapeso para evitar un desgaste prematuro de las guías a causa de la aplicación de una carga descentrada.
El movimiento se frena en las posiciones finales mediante
amortiguadores
hidráulicos
regulables.
Todas
las
secuencias
de
movimientos descrita, pueden modificarse usando otras configuraciones de actuadores neumáticos.
A)
Elaborar un diagrama de fases de los
actuadores que intervienen en el proceso. B) Elaborar un esquema electro neumático del sistema.
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EJERCICIO 4.4: A continuación se muestra un equipo para embalar latas o cuerpos similares por grupos. En cada ciclo se transportan cuatro latas, con lo que es posible utilizar actuadores que únicamente avanzan hasta sus posiciones finales. La caja de embalaje avanza paso a paso, para lo que puede recurrirse a un cilindro neumático que se engancha a la cadena de transporte. También es posible emplear un actuador giratorio con piñón libre, siempre y cuando el momento de giro sea suficiente. La operación de desembalar es, en principio, la misma. El esquema no cambia si se usan pinzas en vez de ventosas.
A)
Elaborar un diagrama de fases de los
actuadores que intervienen en el proceso. B) Elaborar un esquema electro neumático del sistema.
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EJERCICIO 4.5:
Algunas piezas se deforman ligeramente al
mecanizarse o sujetarse. En consecuencia, para mantener la precisión y evitar deformaciones tienen que ser dotadas momentáneamente de un casquillo de sujeción. El sistema semi-automatizado aquí descrito muestra el proceso correspondiente. Los casquillos se colocan a mano. Por otro lado, las piezas se colocan en la posición de sujeción hasta que topen con el cilindro de la derecha, que es más potente. A continuación se aplica una presión longitudinal en el casquillo correspondiente. Una vez cumplida la operación, el cilindro de tope retrocede, con lo que el cilindro de la izquierda puede desplazar las piezas para entregarlas a la cadena de transporte. Después del proceso de mecanizado, se debe retirar el casquillo. Las piezas son retiradas a mano de la cadena de transporte para colocarlas sobre la bandeja lateral. A) Elaborar un diagrama de fases de los actuadores que intervienen en el proceso. B) Elaborar un esquema electro neumático del sistema.
340
EJERCICIO 4.6:
En una línea de fabricación, las piezas para
radiadores de calefacción avanzan sobre una cinta de transporte.
Para
entregarlas a la siguiente máquina es necesario girarlas en 90º . Un detector
emite una señal para que las dos pinzas sujeten una pieza, la eleven, la giren y la coloquen en la siguiente cinta transportadora, que avanza a mayor velocidad. Las pinzas están provistas de dedos recubiertos de goma para evitar que las piezas se resbalen y evitar dañar su superficie.
Las
secuencias de operación de manipulación puede incluir, además, la alimentación de una estación de control o de distribución para el transporte de piezas hacia otras máquinas. A) Elaborar un diagrama de fases de los actuadores que intervienen en el proceso. B) Elaborar un esquema electro neumático del sistema. EJERCICIO 4.7:
En la siguiente figura se muestra un sistema de
impresión bilateral por tampón. La pieza que ya ha sido impresa por un lado se coloca en la mordaza que a continuación la sujeta. Entonces se eleva la pieza, separándola del sistema de transporte, se gira y se vuelve a colocar sobre los pasadores del sistema de transporte. En la siguiente estación se
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repite la operación de impresión. La pieza se eleva ligeramente durante esta operación para evitar que la cadena de transporte sea expuesta a una carga demasiado grande. A) Elaborar un diagrama de fases de los actuadores que intervienen en el proceso. B) Elaborar un esquema electro neumático del sistema.
EJERCICIO 4.8: El ejemplo que se muestra a continuación, es un proceso muy difundido en secciones de montaje. Consiste en colocar un perno en el orificio de una base o en una unidad para transportar piezas. Para recoger las piezas línea por línea, la unidad lineal neumática tiene varias posiciones intermedias. Las unidades utilizadas para transportar las piezas avanzan mediante una cinta provistas de pestañas. Las secuencias del movimiento de avance se controlan mediante una unidad giratoria provista de un mecanismo de piñones. Aunque la operación incluye varias secuencias,
pueden
realizarse
satisfactoriamente
con
componentes
neumáticos sencillos. Los topes logran una buena precisión de repetición.
342
A) Elaborar un diagrama de fases de los actuadores que intervienen en el proceso. B) Elaborar un esquema electro neumático del sistema.
EJERCICIO 4.9: En el siguiente ejercicio se muestra la alimentación individual de discos apilados a una máquina. Las piezas están apiladas de tal forma que el brazo elevador cabe debajo de la pila. La recogida y entrega de los discos está a cargo de un brazo giratorio doble, con lo que las dos operaciones se ejecutan simultáneamente. Si las piezas no tienen orificio central, es posible utilizar una ventosa sencilla. En caso de tenerlo, pueden emplearse dos ventosas de fuelle o bien una ventosa anular. A) Elaborar un diagrama de fases de los actuadores que intervienen en el proceso. Elaborar un esquema electro neumático del sistema.
B)
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EJERCICIO 4.10:
En la siguiente figura se muestra un equipo de
miniaturización para manipular circuitos integrados. Estos sistemas están dotados por lo general de ventosas. El autómata de alimentación de piezas SMD (equipo a) es un ejemplo de equipos de esta índole. Pero también se pueden usar pinzas miniaturizadas, tal como se aprecia en el equipo b. Se trata de una pinza angular con compensación de carrera. En el mercado aparecen con frecuencia pinzas con nuevos sistemas para la sujeción de piezas miniaturizadas. Por ejemplo, las hay con efectos de adherencia o con métodos criotécnicos (enfriamiento de pieza).
En el ejemplo a, las
operaciones de sujetar y de montar se ejecutan simultáneamente.
Para
conseguirlo, las unidades de guía se montan sobre una unidad giratoria, con lo que se obtiene un sistema de montaje de dos brazos.
A) Elaborar un
diagrama de fases de los actuadores que intervienen en el proceso. Elaborar un esquema electro neumático del sistema.
B)
344
445
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