Post on 23-Oct-2021
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 23: Diseño vista 2 ....................................................................................................................... 43
Ilustración 24: Diseño vista 3 ....................................................................................................................... 44
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
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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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Brazo Neumático Articulado Antonio Gomis Candel
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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Brazo Neumático Articulado Antonio Gomis Candel
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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Brazo Neumático Articulado Antonio Gomis Candel
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
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Brazo Neumático Articulado Antonio Gomis Candel
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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Brazo Neumático Articulado Antonio Gomis Candel
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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Brazo Neumático Articulado Antonio Gomis Candel
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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Brazo Neumático Articulado Antonio Gomis Candel
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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Brazo Neumático Articulado Antonio Gomis Candel
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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Brazo Neumático Articulado Antonio Gomis Candel
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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Brazo Neumático Articulado Antonio Gomis Candel
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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Brazo Neumático Articulado Antonio Gomis Candel
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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Brazo Neumático Articulado Antonio Gomis Candel
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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Brazo Neumático Articulado Antonio Gomis Candel
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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Brazo Neumático Articulado Antonio Gomis Candel
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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Brazo Neumático Articulado Antonio Gomis Candel
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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Brazo Neumático Articulado Antonio Gomis Candel
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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Brazo Neumático Articulado Antonio Gomis Candel
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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Brazo Neumático Articulado Antonio Gomis Candel
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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Brazo Neumático Articulado Antonio Gomis Candel
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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Brazo Neumático Articulado Antonio Gomis Candel
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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Brazo Neumático Articulado Antonio Gomis Candel
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.
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Brazo Neumático Articulado Antonio Gomis Candel
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
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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
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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:
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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.
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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
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Brazo Neumático Articulado Antonio Gomis Candel
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
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Brazo Neumático Articulado Antonio Gomis Candel
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.
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Brazo Neumático Articulado Antonio Gomis Candel
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
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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.
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Brazo Neumático Articulado Antonio Gomis Candel
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
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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
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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.
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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.
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Brazo Neumático Articulado Antonio Gomis Candel
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:
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Brazo Neumático Articulado Antonio Gomis Candel
Ilustración 22: Diseño vista 1
Ilustración 23: Diseño vista 2
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Brazo Neumático Articulado Antonio Gomis Candel
Ilustración 24: Diseño vista 3
Ilustración 25: Ejemplo plano
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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.
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Brazo Neumático Articulado Antonio Gomis Candel
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
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NOMBRE Nº EN PLANOS Nº EN LISTA DE PIEZAS
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
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NOMBRE Nº EN PLANOS Nº EN LISTA DE PIEZAS
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.
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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.
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Brazo Neumático Articulado Antonio Gomis Candel
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 6MM CRB 2FL 19 LOC
PLANA 10MM CRB 2FL 22 LOC
PLANA 12MM CRB 2FL 25 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 5MM JOBBER DRILL
BROCA 8MM JOBBER DRILL
BROCA 10MM JOBBER DRILL
BROCA 12MM JOBBER DRILL
BROCA 12.2MM JOBBER DRILL
ROSCADO-CUTTING M4 X 0.7 TAP
ROSCADO-CUTTING M5X0.8 TAP
ROSCADO-CUTTING M8X1.25 TAP
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TIPO DE HERRAMIENTA DESIGNACIÓN
ROSCADO-CUTTING M10X1.25 TAP
ROSCADO-CUTTING M10X1.5 TAP
ROSCADO-CUTTING M12X1.75 TAP
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.
TIPO DE HERRAMIENTA DESIGNACIÓN
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
BROCA 36MM JOBBER DRILL
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
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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
Brazo Neumático Articulado Antonio Gomis Candel
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.
54
Brazo Neumático Articulado Antonio Gomis Candel
• 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
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Brazo Neumático Articulado Antonio Gomis Candel
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.
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Brazo Neumático Articulado Antonio Gomis Candel
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.
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Brazo Neumático Articulado Antonio Gomis Candel
• 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.
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Brazo Neumático Articulado Antonio Gomis Candel
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/