PROYECTO

AUTOMATIZACIÓN DE UNA LÍNEA DE PRENSAS

INDICE

• INTRODUCCIÓN
• DESCRIPCIÓN DEL PROCESO 
• ELEMENTOS UTILIZADOS 
• SISTEMAS DE SEGURIDAD
• FUNCIONAMIENTO DE LA CÉLULA ROBOTIZADA
• PROGRAMACIÓN DE LA CÉLULA ROBOTIZADA
• SIMULACIÓN DE LA CELULA ROBOTIZADA
• ARCHIVOS DESCARGABLES 
  

INTRODUCCIÓN

Este proyecto consiste en la  realización del diseño, instalación y puesta en servicio de una línea prensas para estampación en frío. La instalación estará compuesta de dos prensas y tres robots, que manipulan las piezas durante el proceso de estampación.

La programación de los robots, las prensas y demás componentes que integran la línea de prensas, se realizará usando el software de simulación de planta  KUKA Sim Pro. La técnica de programación utilizada para los robots será el “teaching”, e incluirá movimientos tanto en coordenadas robot como en cartesianas.

Situación de partida 

Cierta empresa dedicada a la fabricación de componentes para la industria de la automoción necesita automatizar su proceso de estampación en frío. Para ello pretende substituir  sus viejas prensas alimentadas de forma manual por operarios, por unas nuevas prensas que tengan una mayor productividad, alimentadas de manera automática, que permitan aumentar y flexibilizar la producción. 

La empresa busca solucionar con el uso de robots la manipulación de piezas en la línea de prensas. Estos deben ser resistentes al calor, las vibraciones y la proyección de partículas. Tienen que ofrecer en un entorno agresivo una disponibilidad permanente y una alta repetibilidad de movimientos. Aparte de eso, deben ser altamente flexibles para podermanipular los distintos tipos de piezas que se pretenden fabricar. 

 

 Especificaciones

 Los requisitos  que nos demanda  la empresa a la hora de realizar el proyecto son:

•  Aumentar la producción.
• Mejorar las condiciones de trabajo de los operarios.
•  Eliminar la posibilidad de que ocurran accidentes.
• Asegurar la continuidad de la producción.
•   Reducir el número de piezas defectuosas.
•  Mejorar la flexibilidad de la instalación.

Realización / Solución

Las prensa escogidas para realizar este proceso son dos prensas “Weingarten VK600”, ya que sus características técnicas son las que más se ajustan a los requerimientos  técnicos del proceso de estampación a realizar.

La manipulación de las piezas en la línea de prensas la realizan  tres  robots KUKA tipo KR60 P2, equipados con un “gripper” de vacío provisto de ocho ventosas. La elección de este modelo de robot se realizó teniendo en cuenta el peso de la pieza a manipular y el “gripper” utilizado, junto con  la zona de trabajo del robot.

La entrada y salida de piezas de la línea de estampación se realiza a través de dos cintas transportadoras de rodillos.

Resultado / Éxito 

• Aumento de la producción: Debido a la implementación de robots en la manipulación de piezas, se podrá aumentar la producción de la línea de prensas prácticamente al doble respecto a una línea comparable, que trabaja con tres operarios por turno con operación manual. Al impementar los robots se produce una  reducción de un 50% en el ciclo de cada operación de manipulación.

• Reducción de accidentes: Al reducir la intervención de los operarios en la línea de prensas únicamente a labores de mantenimiento,  la posibilidad de que ocurran accidentes laborales, se reduce prácticamente a cero.

• Alta disponibilidad:  Cabe destacar también la disponibilidad de los robots en el servicio a tres turnos, que se encuentra sobre lo previsto a pesar del ambiente trabajo tan agresivo en el que realizan su trabajo, con altas vibraciones, polvo en suspensión, suciedad y proyección de partículas.

Alta flexibilidad:  Debido a la movilidad de sus seis ejes, los robots son más flexibles que un autómata de elevación. Su flexibilidad queda también demostrada por la posibilidad de ejecución de operaciones automáticas de estampado y desbarbado.  Cambios rápidos de producción:  El usuario desde el panel de control puede variar el tipo y numero de pieza que necesita fabricar en cada momento  según las necesidades de producción.

DESCRIPCIÓN DEL PROCESO

El proceso de estampado es un tipo de proceso de fabricación por el cual se somete una lámina de metal a una carga de compresión entre dos moldes. La carga es una presión aplicada progresivamente por una prensa. El objetivo es obtener una pieza semi-elaborada a partir de una preforma de chapa que entra a la línea de estampación proveniente de la línea de corte.

El proceso de estampación se realiza en dos etapas sucesivas. La primera etapa se realiza en la prensa A, en esta se le da a la pieza una foma aproximada a la de la pieza terminada. La segunda etapa, se realiza en la prensa B, en ella se realiza el estampado final de la pieza.

Al finalizar del proceso de estampación suelen quedar rebabas en los cantos de las piezas obtenidas. Para eliminar estas imperfecciones de las piezas, estas se pasan por una herramienta fija situada sobre un soporte.

ELEMENTOS UTILIZADOS 

• Tres Robot KUKA KR60 P2: Es el modelo de robot elegido para realizar las tareas de manipulación de las piezas, ya que sus características son las idóneas para realizar dicho proceso.

• Tres controladoras KRC-4: Se trata del "cerebro" del robot. El sistema de control integra robot, movimientos, control de secuencias y procesos. A su vez, integra el sistema de seguridad al completo. Determina los movimientos precisos de cada parte del mecanismo para que el elemento terminal llegue a la posición requerida en el espacio con la orientación solicitada. En su memoria contiene un modelo físico del propio robot, un modelo de su entorno y los programas necesarios para desarrollar los algoritmos de control.

• Tres Programadoras KUKA SmartPAD: El SmartPAD es la unidad manual de programación de los robots KUKA. Contiene todas las funciones de control e indicación necesarias para el manejo y la programación del robot industrial.

• Tres “gripper” de ocho ventosas: Son la herramienta final con la que están equipados los tres robots KUKA KR60 P2. Están unidas a la muñeca de los robots  mediante una brida de conexión,  y gracias a ellos,  los  robots pueden coger las piezas.

• Dos prensas Weingarten VK600: Es el  modelo de prensa seleccionada para realizar las tareas de estampación en frío, ya que  las características técnicas de fuerza ejercida, carrera máxima y superficie de trabajo más se aproximan a las necesidades requeridas en el proceso de estampado.

• Características

1. Fuerza total: 600 Tm.
2. Ancho de la matriz: 3100mm.
3. Largo de la matriz: 2200mm.
4. Carrera: 800mm.

• Dos cintas transportadoras: Por ellas entran y salen las piezas de la zona de estampación.

•  Características:

1.  Largo: 3000 mm.
2.  Alto: 1000 mm.
3. Ancho : 1700 mm.
4. Velocidad: 0.5 - 20 mts/min
5. Diámetro rodillos: 50 mm.

•  Dos grupos de motorreductores eléctricos: Son los encargados de accionar cada una de las cintas transportadoras. Constan de un variador de velocidad incorporado. 

•  Características:

1.  Tensión: 400 VAC
2.  Potencia: 2Kw
3.    Par nominal: 800 Nm
4.   Velocidad máxima :  3000 rpm

•  Herramienta de repasado: Esta herramienta fija está colocada en un soporte de sujeción. Su finalidad es la de repasar el canto de las piezas para eliminar posibles rebabas.

•  Un PLC:  Es el encargado de gestionar el movimiento de las cintas de entrada  y salida de piezas de la línea de prensas, la herramienta fija, controlar los distintos sensores instalados en todo el proceso e indicar al robot cuando hay una pieza en la posición de recogida.

• Tres módulos de entradas/salidas: Son los encargados de enlazar cada uno de los robots con el autómata, el autómata de seguridad y las dos prensas.

• Un PC industrial: En él un operario controla todo el proceso de estampado mediante un SCADA. Conecta la línea de prensas con el resto de la fábrica y se envían periódicamente datos del proceso de producción a una base de datos.

• Panel de control: Está colocado al lado de la puerta de acceso a la celda. Su finalidad es la permitir al operario interactuar con la celda, poner en marcha el proceso de estampado, pararlo y modificar parámetros del mismo.

  

  SISTEMAS DE SEGURIDAD

• Un PLC de seguridad: Está diseñado para gestionar sistemas de seguridad. Su función es controlar la seta de emergencia, la cerradura de seguridad, los  pulsadores bimanuales y las barreras de seguridad. En caso de producirse la activación  de alguno de los dispositivos de seguridad detiene los robots y el proceso de estampación.
  

• Una seta de seguridad: Está situada en el panel de control la encargada de detener todo el proceso, si es accionada. 
  

• Una cerradura de seguridad: La cerradura es un dispositivo electromecánico de seguridad para el cierre y bloqueo de la puerta de acceso a la celda. Mediante el bloqueo de la cerradura se impide el acceso al recinto interior de celda de estampado hasta que ésta se encuentre totalmente parada, o bien, en estado de seguridad.

• Dos barreras de seguridad con función “muting”: Son las encargadas de controlar que solo accedan a la celda, a través de las cintas transportadoras, las piezas correctas, paralizando el proceso si entra una persona o una pieza errónea.
  

• Tres balizas de señalización: Indican el estado del proceso, si está en marcha, parado, fallo en el proceso o en estado de “muting”.
  

• Barreras metálicas: Impide el acceso a la celda donde se realiza el proceso de estampado.
  

• Postes de sujeción: Sostienen las barrera de metálicas que forman el perímetro de seguridad de la celda.

• Puerta de acceso: Solo permite el acceso a la celda cuando se dan las condiciones de seguridad necesarias para la enterada de los operarios.
   

  FUNCIONAMIENTO DE LA CÉLULA ROBOTIZADA

  

  El robot 1 recoge la preforma de la cinta de entrada a la celda  y la coloca en la prensa A. Una vez situada la pieza se coloca en posición de espera mientras la prensa A realiza el primer estampado. 

  Después de que la prensa A realice el estampado, el robot 1 vuelve a realizar la secuencia de carga en la prensa A. El robot 2 recoge la pieza de la prensa A y la deposita en la prensa B. Una vez situada la pieza se coloca en posición de espera mientras la prensa B realiza el segundo estampado.

   

  Al finalizar el estampado en la prensa B, el robot 2 vuelve a realizar la secuencia de traslado de pieza entre una prensa y otra. El robot 3 recoge la pieza de la prensa B, la pasa por una herramienta fija que elimina posibles rebabas en el canto de la pieza y  la coloca en la cinta de salida de la celda. Una vez terminada la secuencia vuelve a recoger otra pieza en la prensa B.

  PROGRAMACIÓN DE LA CÉLULA ROBOTIZADA

  Programa robot 1

  

  Programa robot 2

  

  Programa robot 3

  

  SIMULACIÓN DE LA CÉLULA ROBOTIZADA

  ARCHIVOS DESCARGABLES

  Video.avi

  Simulacion.vcm

  Robot_1.dat  

   Robot_1.src

  Robot_2.dat

  Robot_2.src

  Robot_3.dat 

  Robot_3.src