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INSTUTUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO
MESA DE CORTE PARA VIDRIO DE 4 GDL
PROYECTO TERMINAL
QUÉ PARA OBTEN ER EL TITULO DE
INGENIERO EN
ROBÓTICA INDUSTRIAL
PRESENTAN:
GODOY CASTRO LINET
HERNÁNDEZ LÓPEZ RICARDO
RETANA GONZÁLEZ ALINA ISABEL
DIRIGIDA POR: ING. JOSÉ RAMÍREZ GALVAN
DR. EMMANUEL ALEJANDRO MERCHAN CRUZ
MESA DE CORTE PARA VIDRIO DE 4GDL
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INDICE
ESTADO DEL ARTE ............................................................................................................................... 5
1.1 CARACTERÍSTICAS DE UN VIDRIO ......................................................................................... 6
1.2 EL VIDRIO COMO ARTE ............................................................................................................. 9
1.3 PROCESOS INDUSTRIALES PARA UN VIDRIO .................................................................... 14
1.4 EVOLUCIÓN DE UNA MÁQUINA DE CORTE PARA VIDRIO ............................................. 15
1.5 CLASIFICACIÓN DE LAS MÁQUINAS PARA CORTE DE VIDRIO .................................... 15
1.6 CLASIFICACIÓN DE LAS MESAS POR SU POSICIÓN ........................................................ 20
1.7 FACTORES PRINCIPALES EN UNA MESA DE CORTE PARA VIDRIO ............................. 23
1.8 EVOLUCIÓN DE UNA CÉLULA PARA EL CORTE DE VIDRIO .......................................... 24
1.9 GRABADO Y TALLADO DEL VIDRIO. ................................................................................... 24
1.10 REFERENCIAS DE ROBOTS PARA UNA MESA DE CORTE DE VIDRIO ........................ 25
1.11 PROGRAMACIÓN USADA EN LA ROBÓTICA .................................................................... 32
1.12 TRABAJOS PRECEDENTES .................................................................................................... 33
1.13 SUMARIO ................................................................................................................................... 35
1.14 OBJETIVOS PARTICULARES ................................................................................................. 36
GENERALIDADES ................................................................................................................................ 37
2.1 SISTEMA DE CONTROL ............................................................................................................ 38
2.2 DEFINICIÓN DE UN SERVOCONTROL .................................................................................. 38
2.3 SERVOMOTOR ............................................................................................................................ 38
2.4 TAREAS DE UN SERVOAPLIFICADOR .................................................................................. 39
2.5 LAZOS DE CONTROL ................................................................................................................ 41
2.6 RETROALIMENTACIÓN DEL MOTOR ................................................................................... 42
2.7 RETROALIMENTADORES ........................................................................................................ 44
2.8 CONTROL DE MOVIMIENTO ................................................................................................... 45
2.9 MOTORREDUCTORES O REDUCTORES ............................................................................... 46
2.10 POTENCIA DE SELECCIÓN (Pn) ............................................................................................ 48
2.11 CARROS Y GUIAS LINEALES ................................................................................................ 49
2.12 TORNILLOS DE POTENCIA .................................................................................................... 52
2.13 CUERDAS O ROSCAS .............................................................................................................. 53
2.14 ELEMENTOS DE UNA ROSCA ............................................................................................... 53
2.15 ERRORES DE ROSCA............................................................................................................... 53
2.16 PERFILES DE ALUMINIO ........................................................................................................ 53
2.17 MODULOS LINEALES ............................................................................................................. 54
2.18 MONORRIELES Y TRANSPORTES AÉREOS ....................................................................... 59
2.19 VENTOSAS ................................................................................................................................ 60
MESA DE CORTE PARA VIDRIO DE 4GDL
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2.21 CORTADORES .......................................................................................................................... 64
2.22 VELOCIDAD DE CORTE ......................................................................................................... 65
2.23 SITEMAS DE ALINEACIÓN .................................................................................................... 65
2.24 SISTEMAS DE IMPULSIÓN ..................................................................................................... 66
2.25 IMPULSIÓN HIDRÁULICA...................................................................................................... 66
2.26 IMPULSIÓN ELÉCTRICA ........................................................................................................ 67
2.27 IMPULSIÓN NEUMÁTICA ...................................................................................................... 67
2.28 TIPOS DE MOTORES ................................................................................................................ 68
2.29 DURALUMINIO ........................................................................................................................ 70
2.30 SUMARIO ................................................................................................................................... 71
ANÁLISIS DE CONSTRUCCIÓN ......................................................................................................... 72
3.1 TIPOS DE VIDRIO ....................................................................................................................... 73
3.2 METAS DE DISEÑO .................................................................................................................... 74
3.3 FUNDAMENTOS MECÁNICOS ................................................................................................ 75
3.4 CÁLCULOS MECÁNICOS.......................................................................................................... 79
3.5 CÁLCULO DEL HUSILLO EN EL EJE LONGITUDINAL ....................................................... 79
3.6 ANÁLISIS POR RESISTENCIA .................................................................................................. 80
3.7 CÁLCULO DE UNA ROSCA ACME ......................................................................................... 82
3.8 CÁLCULO DEL HUSILLO EN EL EJE TRANSVERSAL ........................................................ 83
3.9 CÁLCULO DE LA TUERCA DEL EJE TRANSVERSAL ......................................................... 84
3.10 CÁLCULO DE BALEROS ......................................................................................................... 86
3.11 SUMARIO ................................................................................................................................... 93
COSTOS .................................................................................................................................................. 94
4.1 ESTUDIO ECONÓMICO ............................................................................................................. 96
4.2 ANÁLISIS DE COSTOS .............................................................................................................. 96
4.3 CAPACIDAD DE PRODUCCIÓN............................................................................................... 98
4.4 COTIZACIONES .......................................................................................................................... 99
4.5 RUTA CRÍTICA ......................................................................................................................... 102
4.6 SUMARIO ................................................................................................................................... 108
REFERENCIAS ..................................................................................................................................... 109
INDICE DE TABLAS ........................................................................................................................... 111
ANEXOS ............................................................................................................................................... 112
MESA DE CORTE PARA VIDRIO DE 4GDL
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JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO
La automatización permite rapidez y eficacia al maniobrar elementos pesados, además de
comodidad, sencillez y la posibilidad de obtener el máximo rendimiento en cualquier entorno.
Debido a la globalización, los países como México tienen la necesidad de comprar maquinaria
de origen extranjero, ya que no se cuenta con los recursos necesarios de infraestructura y
tecnología para la elaboración de dicha maquinaria, razón por la cual el proyecto a desarrollar
es la fabricación de una mesa de corte para vidrio de 4 grados de libertad con manufactura
mexicana, que cumpla con los requerimientos específicos para cada empresa y para cada
situación.
La manipulación del vidrio es una tarea delicada y compleja, por las características del
material, desarrollar una máquina que reúna todas las alternativas para realizar el trabajo de
corte sobre éste.
MESA DE CORTE PARA VIDRIO DE 4GDL
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1 ESTADO DEL ARTE
Este segmento describirá el campo industrial en el
que se pretende implementar máquinas cortadoras
de vidrio, la flexibilidad con la que cuenta, en esta
época y los componentes que pueden ser innovados
con la reingeniería. A través de un estado científico
y técnico del proyecto se desarrollará la
investigación.
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En el mundo existen una gran variedad de cortadoras para vidrio, desafortunadamente en la
economía mexicana, algunas empresas dedicadas a este giro, no cuentan con los recursos
suficientes para desarrollarse, debido al alto costo de la maquinaria e instalación del equipo, a su
mantenimiento y falta de personal capacitado para su uso.
Antiguamente, el corte de vidrio era sólo de manera artesanal, pero debido al crecimiento global
de la población, las exigencias de dichas personas y la creación de nuevas tecnologías, han
exigido a este oficio innovaciones, que van desde lo artesanal hasta el implemento de tecnología
de punta para la creación de dichos modelos.
1.1 CARACTERÍSTICAS DE UN VIDRIO
Cristal y vidrio normalmente son utilizados como sinónimos y se definen de la siguiente manera:
Se nombra cristal, al cuerpo geométrico cuya superficie está compuesta por una infinidad de
polígonos planos formando un volumen limitado entre caras planas.
El término vidrio, se atribuye a un material duro, frágil, estructura desordenada periódica y
transparente que a pesar de comportarse como un sólido, es un líquido sobre enfriado, sin
estructura cristalina y que se obtiene a unos 1,250°C. Estos materiales pueden ser formados de
manera natural (vidrios volcánicos) ó artificial.
El origen del vidrio es el resultado de experiencias adquiridas del proceso de los metales,
material que con sus cualidades y ductilidad ofrece una gama infinita de posibilidades para su
aplicación entre las que se encuentran el campo doméstico, medico, industrial, óptico e incluso el
arte.
El vidrio resulta común en la sociedad contemporánea y sería difícil imaginar la vida moderna sin
él. Su presencia es fundamental para que los focos irradien la luz eléctrica; igualmente necesario
resulta en la manufactura de televisores, computadoras y vehículos de transporte; mientras que en
el rubro científico y de precisión, cabe citar al vidrio utilizado en anteojos, microscopios y
telescopios.
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El tamaño, propiedades y características de un vidrio, influirán en la forma de maquinarlo, es
decir si en más delgado o duro, e incluso si está grabado o no. Observe la tabla 1.1,
proporcionada por fabricantes industriales de vidrio.
TABLA 1. 1 Tabla de propiedades térmicas, mecánicas y químicas del vidrio
Sodocálcico Borosilicato Neutro
Claro
Neutro
Ambar
Semi-
neutro
Ambar
7.8
Cuarzo
Densidad (gr/cm3) 2,50 2,23 2,34 2,42 2,50 2,20
PROPIEDADES TÉRMICAS
Coeficiente medio de
dilatación 1610300/20 K
9,1 3,3 4,9 5,4 7,8 0,55
Temperatura de
transformación (°C) 525 525 565 560 535
1075-
1210
Temperatura de enfriamiento
superior o de recocido 1310 530 560 565 560 540 1180
Temperatura de
reblandecimiento 6.710 720 825 785 770 720 1730
Temperatura de elaboración
(104)
1040 1260 1165 1155 1050 2100
Índice de refracción nd nm6,587 1,514 1,473 1,492 1,523 1,521 -
Conductividad térmica 1,1 1,2 - - - 1,4
Temperatura máxima uso de
larga duración - 450 - - - 1100
Temperatura máxima uso de
corta duración 450 500 - - - 1300
PROPIEDADES MECÁNICAS
Módulo de elasticidad 2
410mm
NE 7,3 6,4 - - - 7,5
Índice de Poisson 0,22 0,20 - - - 0,17
PROPIEDADES QUÍMICAS
Clase hidrolítica HGB 3 HGB 1 HGB 1 HGB 1 HGB 2 HGB 1
Clase de resistencia a los
ácidos CLASE S1 CLASE S1
CLASE
S1
CLASE
S2
CLASE
S2
CLASE
S1
Clase de resistencia a los
álcalis CLASE A2 CLASE A2
CLASE
A2
CLASE
A2
CLASE
A2
CLASE
A1
Resistencia contra golpes y
choques
La resistencia contra golpes o choques depende del tipo de montaje,
del tamaño y grosor de la lámina, del tipo de choques y otros muchos
más parámetros. Por eso sólo se pueden facilitar datos sobre la
resistencia contra golpes y choques según el caso especifico de
aplicación.
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El vidrio común utilizado en las ventanas, no posee un grosor uniforme debido a su proceso de
fabricación y esas variaciones distorsionan la visión de los objetos a través de las hojas de vidrio.
El método tradicional para solucionar estos defectos ha sido utilizar vidrio de luna esmerilado y
pulido.
El éxito en la manufactura del vidrio radica en controlar la temperatura del proceso, para regular
las fuerzas internas que lo hacen quebradizo. Estas fuerzas internas también se aprovechan para
producir vidrio de extrema dureza y resistencia si se emplea la técnica del templado*.
*(Templar un vidrio es someterlo a un calentamiento controlado y después enfriarlo rápidamente).
La superficie queda en un estado permanente de compresión, de modo que las fuerzas que se
apliquen al objeto tendrán que vencer primero las tensiones de comprensión. Por diversos
experimentos se ha comprobado que la tensión en un vidrio puede ser menor cuando éste ha sido
templado dentro de cierto rango de temperatura.
Dentro de las propiedades térmicas podemos definir cuatro temperaturas de referencia en función
de la viscosidad del vidrio. El punto de trabajo, donde la viscosidad del vidrio caliente es lo
suficientemente baja como para poder darle forma utilizando métodos ordinarios. El punto de
reblandecimiento, temperatura a la cual el vidrio empieza a deformarse de manera visible. El
punto de recocido, que es cuando las tensiones internas existentes son desvanecidas, y que
corresponde a la temperatura más alta de recocido. Por último el punto de deformación, donde el
vidrio es un sólido rígido y puede enfriarse rápidamente sin introducir ningún tipo de tensiones
externas.
El vidrio tiene una resistencia excelente a los ácidos, excepto al fluorhídrico, y a las soluciones
alcalinas frías. En la tabla 1.2 se en listan las dimensiones estándar de fabrica, mientras que en la
tabla 1.3 se muestran los espesores más utilizados en la industria del vidrio, pero cabe mencionar
que en casos especiales llegan hasta 3,30 mm .
TABLA 1. 2 Tabla de dimensiones estándar de fabrica.
TAMAÑO ESPESOR
mm8501150 mma 217,0
mm13001700 mma 216,1
mm17002300 mma 153,3
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TABLA 1. 3 Tabla de espesores del vidrio fabricados usualmente.
Espesor mm Tolerancia
mm
1,75 ±0,2
2,00 ±0,2
2,25 ±0,2
2,75 ±0,2
3,30 ±0,2
3,80 ±0,2
5,00 ±0,2
5,50 ±0,2
6,50 ±0,2
7,50 ±0,3
8,00 ±0,3
9,00 ±0,3
11,00 ±0,3
13,00 ±0,3
15,00 ±0,3
16,00 ±0,5
17,00 ±0,5
18,00 ±0,5
19,00 ±0,5
20,00 ±0,7
21,00 ±0,7
1.2 EL VIDRIO COMO ARTE
Las técnicas que se utilizan para cortar y manufacturar el vidrio son diversas, esto depende del
giro de la empresa dedicada a dicha actividad. Para este caso en particular se mencionan los
procesos antiguos y modernos, artesanales e industriales utilizados para la manufactura de los
vidrios.
MESA DE CORTE PARA VIDRIO DE 4GDL
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Los antiguos artesanos vidrieros adaptaron las técnicas de corte, tallado o grabado en piedra al
vidrio logrando piezas de considerable belleza. La técnica del cristal de camafeo consiste en unir
dos estratos de vidrio de diferente color, tallando después la capa externa para que queden al
descubierto partes de la capa interior y establecer una decoración en relieve que resalta por el
contraste cromático.
En la edad media, el vidrio se coloreaba o se laminaba con color y después se cortaba según las
formas que requiriera el diseño. Los detalles se pintaban sobre el cristal con un esmalte pardusco.
Las piezas se encajaban en varillas de plomo y se colocaban en una estructura de hierro. El arte
de la fabricación de vidrieras decayó a finales del renacimiento pero volvió a recuperarse en el
siglo XIX.
Particularmente adecuada para el vidrio sódico fue la práctica del grabado al diamante, técnica
predilecta de los artesanos holandeses durante el siglo XVII, que, martilleando la punta de
diamante, lograban elaborados diseños de efecto punteado.
Caspar Lehmann fue uno de los responsables del gran desarrollo del grabado a principios de 1600
en la corte del emperador del Sacro Imperio Romano Germánico, Rodolfo II en Praga. Los
talladores y grabadores de vidrio de Nuremberg y Potsdam se hicieron famosos por sus hábiles
diseños de estilo barroco.
El desarrollo del vidrio durante el siglo XIX se caracteriza por los rápidos avances tecnológicos
de esta industria y por el redescubrimiento y adaptación de métodos antiguos.
Bohemia mantuvo la primacía en la decoración tallada a la rueda gracias a artesanos como
Dominik Biemann, y también practicó otras técnicas, como la del cristal encajado, que copiaron
las fábricas europeas y estadounidenses. Los avances químicos facilitaron el desarrollo de nuevos
vidrios coloreados opacos semejantes a piedras semipreciosas.
Después de la Primera Guerra Mundial surgieron nuevos intereses en las texturas y formas
decorativas, como queda reflejado en los diseños de René Lalique y Maurice Marinot. En la
década de 1930 comenzaron a adquirir prestigio los cristales de plomo incoloros y de exquisita
transparencia, por lo general con dibujos grabados, producidos por fábricas escandinavas y
estadounidenses.
MESA DE CORTE PARA VIDRIO DE 4GDL
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El vidrio artesanal es manufacturado por diversos métodos entre los que se encuentran: soplado,
colado, prensado y rodillo. Es decorado por técnicas como: modelado, laminado y fundido.
A demás puede ser modificado por inspiraciones artesanales, por un tratamiento químico o
mecánico como: grabado, acidado, tallado y otros.
Se muestra una descripción de los diferentes procesos que se llevan a cabo para la manufactura
del vidrio:
Tallado: Para obtener cristal tallado se realizan facetas, estrías y surcos sobre la
superficie mediante discos giratorios de distinto tamaño, material y forma, o con un
chorro de agua con un abrasivo. Los pasos que se siguen son la aplicación del dibujo, el
tallado en bruto, el esmerilado y el pulido. Los diseños pueden tallarse con una punta de
diamante, con aguja de metal o utilizando ruedas o muelas giratorias, por lo general de
cobre.
Grabado: Para grabar una decoración se puede recurrir al ácido, con el que pueden
obtenerse resultados que van desde un acabado en bruto hasta el acabado mate. Para el
grabado por chorro de arena se proyectan finísimos granos de arena, sílex molido o hierro
pulverizado a gran velocidad sobre la superficie del cristal que deja un acabado mate. En
la decoración en frío se pinta el objeto con laca u óleos sin recurrir al horno para su
posterior fijación. En la pintura con esmalte, una vez aplicada la pintura en frío, se fija a
la superficie introduciendo el objeto decorado en un horno a una temperatura inferior a la
de la fundición del vidrio.
Grabado con arena: Para grabar con el chorro de arena, se requiere que la pieza de
vidrio sea cubierta con cinta adhesiva, sobre la cual se traza y corta el dibujo deseado,
para dejar desprotegidas las áreas de la superficie vítrea que serán atacadas por la acción
erosionante de la arena lanzada a presión. De esta manera se desgasta el vidrio y se
obtienen efectos de volumen que favorecen al diseño
Grabado con acido: Para esta técnica se utiliza el ácido fluorhídrico. Como es
sumamente peligroso y tóxico, se recomienda trabajarlo en un ambiente muy ventilado.
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Dorado: Se puede aplicar pan de oro, purpurina o polvo de oro a vajillas de vidrio sin
someterlas posteriormente a un segundo horneado. Sin embargo, si se desea que la pieza
permanezca inalterable, es necesario hornearla a una temperatura baja.
Grabado a la rueda, tallado o biselado: Este medio mecánico de grabar el vidrio, es
aplicable sobre todo a objetos de formas redondeadas, como copas, bomboneras o
botellas. Consiste en rozar su superficie con ruedas de piedras de diamante cobre y
lubricadas con agua, que giran rápidamente mediante un mecanismo. Dicho método se
utiliza generalmente para grabar iniciales o monogramas, así como para realizar el
llamado vidrio de pepita. Otra manera de obtener estos resultados, consiste en emplear
una muela vertical de fundición movida de manera mecánica, sobre la cual se deslizan
gotas de agua mezcladas con arena muy fina. Aplicado el vidrio a estas muelas, se tallan
facetas o biseles en la forma que se deseen, los cuales se suavizan luego por medio de un
esmeril más fino, y finalmente se les da brillo con discos recubiertos de fieltro.
El vidrio decorado por otro lado, se modifica de la parte externa mediante diferentes procesos
como el esmaltado, incrustaciones, grisalla lustre, prensado y a rodillo, observe la figura 1.1.
El vidrio estirado es aquel que tiene como técnica el estiramiento y deformación del vidrio bajo
su propio peso, mediante el horneado; perdiendo su uniformidad de su espesor cuando la
temperatura supera su punto de ablandamiento, ver figura 1.2.
El vidrio colado también es utilizado en el área artesanal para modelar por fundición de vidrios
piezas en volúmenes o planas, según los métodos de moldeado, vaciado, prensado, centrifugado y
vertido libre.
Dentro del área industrial podemos encontrar los siguientes tipos de vidrios y técnicas. El vidrio
curvado, que es una técnica de moldeado de una pieza de vidrio a una temperatura baja, para
retener sus características físicas sin modificar el espesor de sus bordes.
El vidrio flotado es una técnica exclusiva para la fabricación industrial del vidrio plano
trasparente. Este tipo de vidrio se lo denomina comercialmente "cristal", se caracteriza por la
obtención de mayor trasparencia en sus caras planas paralelas.
El vidrio fundido es una técnica de unión por calentamiento de varias piezas de cristal, o de otros
elementos sobre el vidrio, método por el cual se forma también el vidrio de doble acristalamiento.
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Figura 1.1 Técnicas artesanales para el decorado del vidrio.
Figura 1.2 Técnicas artesanales para el decorado del vidrio.
La clase de vidrio industrial es realizado con métodos automáticos, en forma continua, aplicado a
la construcción. Según las superficies obtenidas, lisas o grabadas se distinguen dos métodos de
procesamiento: flotado e impreso.
El vidrio laminado tiene un proceso de pegado entre capas de vidrios a temperatura media, por el
cual retienen las características sus formas, con bordes redondeados. Se ubica entre los procesos
de soldado y fundido.
Los socadales son vidrios industriales de uso cotidiano, son llamados popularmente cristales o
vidrios artesanales, y de los vidrios borosilicatos, en base de sílice y bórax, de uso industrial
como el "pirex" y artículos de laboratorio.
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1.3 PROCESOS INDUSTRIALES PARA UN VIDRIO
Pulido: Es un proceso por el cual el canto del vidrio se desgasta uniformemente para
lograr una textura suave y constante en toda la orilla del vidrio. Los diferentes pulidos que
se realizan son los siguientes:
Canto Redondo desde 3mm hasta 19 mm
Canto Plano desde 3 mm hasta 19 mm
Canto Pecho Paloma desde 9 mm hasta 19 mm
Canto triple cascada
Canto media nariz de toro 9 mm hasta 19 mm
Barrenado: El barrenado en el vidrio se hace con el equipo moderno de doble cabeza
para evitar al máximo las desconchaduras y fracturas en el perímetro del vidrio. Se puede
realizar a vidrios desde 2 mm hasta 19 mm. El acabado puede además ser avellanado para
agregar empaques a los herrajes sobre el vidrio y hacer la vista más plana del barreno.
Otra de las formas en las que re realizan los barrenos es a través del corte por chorro de
agua.
Resaques: Con equipo de corte de precisión se hacen los resaques al vidrio para soportar
los herrajes y formas caprichosas que se le deseen dar a cualquier pieza.
Esmerilado: Por medio de un baño de arena se despule la cara del vidrio, dando como
resultado un vidrio satinado, translucido y opaco. Utilizado en baños, domos, tragaluces y
lugares donde se desee una buena iluminación sin permitir la transparencia tradicional del
vidrio.
Filo matado: Proceso por el que se elimina el filo del vidrio en sus cantos después de
haber sido cortado, sin que esto sea un pulido de los cantos. El filo matado se aplica
cuando el canto del vidrio va oculto en una baqueta o en una canal. Este proceso es
necesario para todo vidrio templado como proceso mínimo para entrar en el horno.
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Biselado: Es el proceso por el cual se le da un ángulo al canto del vidrio, provocando una
reflexión diferente a la cara plana del vidrio. El bisel puede ser elaborado en medidas
desde 5mm hasta 38 mm, su uso se recomienda en cristales de espesor mínimo de 6 mm
para que pueda lucir realmente bien el proceso.
1.4 EVOLUCIÓN DE UNA MÁQUINA DE CORTE PARA VIDRIO
Con anterioridad, no existían este tipo de máquinas, lo cual implicaba que este proceso se
efectuara con un instrumento usado de manera manual aún en nuestros días, en los negocios
familiares, el cortador de vidrio consta de una hoja circular de nombre rulina de metal duro con
alta resistencia al desgaste y el suficiente filo, para cumplir con su tarea, además de un mango de
metal, el proceso y la herramienta se muestran en la figura 1.3.
El operador hace presión con la navaja sobre el vidrio deslizándola, este procedimiento lo repite
las veces que sean necesarias para poder cortarlo y antes de llegar al final del espesor, se ayuda
con el alicate para trozarlo. (Observe la figura 1.4 donde se muestra el alicate).
Para realizar los cortes circulares y curvos se hace de otras herramientas, que cuentan con una
ventosa y una cuchilla de punta de diamante, esta herramienta funciona como un compás, la
ventosa es su punto fijo, mientras que la punta de diamante el móvil, pudiendo con ella formar
circunferencias y curvas de distintos radios, los filos son retirados a través de una lija tallando
suavemente sobre ellos, como se muestra en la figura 1.5.
1.5 CLASIFICACIÓN DE LAS MÁQUINAS PARA CORTE DE VIDRIO
El productor viéndose en la necesidad de no tener accidentes y agilizar el proceso, crea las mesas
para corte de vidrio, durante esta evolución no solo las mesas ha ido adquiriendo diferentes
características, sino que todo el proceso se ha automatizado, desde la recepción de la materia
prima hasta su transformación en producto terminado.
Por ello es necesario analizar la clasificación de estas máquinas de acuerdo a las necesidades del
cliente.
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Figura 1.3 Cortador de vidrio manual con soporte de madera, cabeza de metal y en la punta rulina.
Figura 1.4 Alicate para partir el vidrio de forma manual.
Figura 1.5 Cortador de círculos manual.
Figura 1.6 Mesa de Corte para vidrio manual.
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Máquinas manuales: Es una máquina con aplicaciones mecánicas y neumáticas, fácil de
usar y permite el corte de las hojas de manera rápida, el cabezal de corte tiene movilidad a
través de desplazamientos manuales sobre dos ejes, controlada por dos visualizadores
electrónicos de alta precisión. El sistema de alineación es por tres lados de la hoja,
independientes, permitiendo precisión en el corte. La máquina muy adecuada para
cristales con productividad limitada o como soporte para máquinas o líneas
automatizadas, observar figura 1.6.
En el procedimiento de trabajo en esta mesa de corte, el hombre coloca y mueve el
cabezal en la posición donde se desea realizar el corte, este dependerá del cortador
utilizado, los filos son retirados de forma manual al igual que el producto terminado de la
mesa. Las características principales y datos técnicos de esta mesa se muestran en la tabla
1.4
TABLA 1. 4 Características y datos principales de una mesa de corte manual para vidrio.
Características principales Datos técnicos
Volteo neumático del piano de trabajo Espesor del vidrio 2-15 mm
Cojín de aire en el plano de trabajo Dimensión máx. láminas 2.55 x 3.300 m
Barra para tronzar en x e y accionadas
neumáticamente
Dimensiones externas 3.000 x 4.000 m
Visualizadores electrónicos en x e y Espesores de corte de 3-12 mm
Alineadores neumáticos Precisión de corte +/- 0,35 mm
Lubricación automática en el corte Peso total 1.200 kg.
Regulación de velocidad de corte Potencia 1 kw
Doble cero para el corte de vidrio laminar
Máquinas semiautomáticas: Mesa automática manejada por un servo-control, a través
de un servomotor con magneto permanente, los elementos mencionados se observan en la
figura 1.7. Permite la introducción de datos a través de un teclado. El procedimiento de
trabajo de esta máquina requiere que el hombre trabaje a la par con ella, es decir, que
solo se utiliza para alimentar a la máquina, programar la trayectoria de corte, supervisarla
y retirar el producto terminado.
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Así los movimientos de corte se realizan a través del servo-control que mueve
simultáneamente a los motores para poder obtener cortes circulares y curvos, mientras que
los cortes lineales no necesitan que ambos motores se muevan. Las características de este
diseño y control se observan en la tabla 1.5
TABLA 1. 5 Características y datos principales de una mesa de corte semiautomática para vidrio.
Características principales Datos técnicos
Memorización de la ruta Espesor del vidrio 2-19 mm
Búsqueda del inicio de hoja automáticamente Dimensión máx. láminas 2.55 x 3.300 m
Velocidad del corte regulable Dimensiones externas 3.000 x 4.000 m
Mando a pedal para tronzadores y cojín de aire Espesores de corte de 3-12 mm
Señalador de anomalías y mal funcionamiento Precisión de corte +/- 0,35 mm
Lubricación y movimiento automático del cabezal Peso total 1.200 kg.
Regulación de velocidad de corte Potencia 1 kw
Posibilidad de instalar un ordenador con programa
de optimización.
Doble cero para el corte de vidrio laminar
TABLA 1. 6 Características y datos principales de una mesa de corte automática para vidrio, (LISEC, 2007).
Características principales Datos técnicos
Ordenador, programa de optimización e impresora. Espesor del vidrio 2-19 mm
Búsqueda del inicio de hoja automáticamente Dimensión máx. láminas 2.55 x 3.300 m
Velocidad del corte regulable Dimensiones externas 3.000 x 4.000 m
Mando a pedal para tronzadores y cojín de aire Espesores de corte de 3-12 mm
Señalador de anomalías y mal funcionamiento Precisión de corte +/- 0,35 mm
Lubricación y movimiento automático del cabezal Peso total 1.200 kg.
Regulación de velocidad de corte Potencia 2 kw
Posibilidad de instalar un ordenador con programa
de optimización.
Doble cero para el corte de vidrio laminar
MESA DE CORTE PARA VIDRIO DE 4GDL
19
Máquinas automáticas: Máquina estimulada mediante un ordenador para el corte de
vidrio. Sus características principales son la facilidad de uso, robustez y precisión. Cuenta
con una impresora que le permite la comunicación con la máquina gracias a la transmisión
vía cable, ver figura 1.8. El procedimiento de trabajo es totalmente automatizado, el
hombre es requerido únicamente para la programación de las trayectorias, el movimiento
de los cortes son operados igual que en la máquina de corte semiautomática; además de
existir alguna anomalía, la máquina suspende el proceso y lo señala con una advertencia.
Usualmente esta máquina pertenece a una célula de manufactura, ver figura 1.9.
Las características y datos principales de la mesa automática se muestran en la tabla 1.6.
Mesa de corte para vidrio de control numérico computarizado: El equipo realiza corte
en vidrio común a través de un disco que se posiciona en sus dos ejes, asistido por el
control numérico y en vidrio laminado el sistema de corte superior se posiciona sobre el
inferior y realizan el corte simultaneo (la conversión de un tipo de corte a otro es
automática en función a los datos programados),acceso de la información se realiza por
teclado, cable o disco 3 1/2 " .
La mesa está equipada con sistema de suspensión neumática, que permite tanto la
recepción del vidrio como así también su movimiento por la mesa con facilidad, el
sistema de guías garantiza tanto la larga durabilidad, como así también la precisión, tanto
el sistema de presión de la rueda de corte superior e inferior, como el movimiento de la
sección de mesa de quiebre de vidrio laminado, los sistemas de quiebre de vidrio común y
el sistema de corte de la lamina (en vidrio laminado), son actuados neumáticamente, en el
caso de los discos de corte, la presión es controlada por el sistema en función a los
espesores programados, los requerimientos de espesor máximo a cortar, los largos y
anchos máximos de mesa y los requerimientos de operación son a pedido, ya que nuestros
equipos se caracterizan por estar hechos a medida de la necesidad del cliente.
Está equipada con un sistema computarizado modelo CVCN-A , constituido por un
computador para su operación, su software es muy amigable y fácil de usar, hasta por
personas que no tengan ninguna noción de computación, supervisa y controla la puesta en
marcha, operación y apagado del equipo, además de contener todas las operaciones para el
MESA DE CORTE PARA VIDRIO DE 4GDL
20
corte, según el tipo de vidrio en el cual se realizara el corte (vidrio común o laminado).
Tiene funciones de auto test inicial, lo que asegura su operatividad luego de haber
aprobado dicho test.
En caso de falla catastrófica durante el test, durante la operación o cuando es actuado el
sistema de seguridad para el personal, se inhibe la habilitación de los sistemas
electromecánicos y electrónicos de operación y corte, por lo que, en caso de estar
realizando la puesta en marcha, la misma no se concretara, saliendo el equipo de servicio,
en caso de estar operando se producirá la detención inmediata del mismo y no se
reanudara la operación hasta que la falla no se solucione.
Además: tres niveles de acceso a información por códigos, estadística y control de
mantenimiento.
1.6 CLASIFICACIÓN DE LAS MESAS POR SU POSICIÓN
Horizontales: Estos tipos de máquinas son los más empleados debido a la alta precisión
del corte, la manera de sujeción del material y su alta flexibilidad, con esto se refiere a su
facilidad de manejo de la materia prima dentro de la célula.
La gran desventaja de este tipo de mesa es la de ocupar mayor espacio dentro de la
empresa, creando espacios muertos que podrían ser utilizados de manera eficiente, como
el que debe de tener el operador para su desplazamiento dentro de la célula al supervisar
el proceso que se realiza en el momento, consulte la figura 1.10.
Verticales: Este tipo de máquinas son de menos uso que las anteriores debido a la manera
de sujeción del material, el peligro que corre el operador si en dado caso llegará a
desmontarse el vidrio y a la cantidad de presión o energía que gasta para la sujeción del
mismo.
La ventaja de este tipo de mesa es que ocupa menor espacio dentro de la empresa, creando
lugares que bien pueden ser utilizados de manera eficiente, como aquel que debe tener el
operador para su desplazamiento dentro de la célula al supervisar el proceso que se está
realizando en el momento, como se muestra en la figura 1.11.
MESA DE CORTE PARA VIDRIO DE 4GDL
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Figura 1.7 Mesa de Corte para vidrio semiautomática.
Figura 1.8 Mesa de Corte para vidrio automática.
Figura 1.9 Mesa de Corte para vidrio automática n una célula de manufactura.
MESA DE CORTE PARA VIDRIO DE 4GDL
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Figura 1.10 Célula para el corte de vidrio.
Figura 1.11 Mesas de Corte para vidrio.
Figura 1.12 Etapas en un proceso para el corte de vidrio.
MESA DE CORTE PARA VIDRIO DE 4GDL
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1.7 FACTORES PRINCIPALES EN UNA MESA DE CORTE PARA VIDRIO
Los factores más importantes que deben ser considerados en una mesa de corte para vidrio deben
ser las siguientes:
Volumen de trabajo: Se refiere al área disponible para la instalación de la mesa, junto
con sus aditamentos o maquinas que ayudaran en el proceso de transformación del vidrio.
Volteo de la máquina: Se llama así a la capacidad máxima (tamaño) de materia prima
que la máquina puede trabajar
Precisión de corte: Se refiere al corte más pequeño que la mesa puede realizar, esto
incluye los diferentes tipos de cortes que se podrán realizar.
Calidad: El trabajo debe ser eficiente, para tener el menor desperdicio de materias primas
y traveras.
Costo de equipo: Debe ser redituable, es decir, que la inversión hecha en la maquinaria
deberá ser recuperada en un lapso no mayor a un año.
Seguridad: Esta hace referencia a la seguridad que él obrero tiene al trabajar con la mesa.
Flexibilidad: Capacidad que la mesa tiene para realizar los trabajos y cortes requeridos,
por el cliente.
Tipos de cortadores: Por lo general, son de carburo de tungsteno y punta de diamante,
los primeros son de menor costo, pero su vida útil es muy corta, razón por la cual es
conveniente utilizar los cortadores con punta de diamante.
Espesores de cristal: Se refiere a las variaciones de grosor del vidrio, ya que entre más
delgado sea esté, más presión deberá ejercer la herramienta.
Tipo de amortiguamiento para el cristal: Puede ser por un cojín de aire o una malla de
hule.
Sujeción del material: De penderá de la posición en la que se maneje el cristal
(horizontal o vertical)
Potencia
Velocidad de corte y avance: La velocidad de corte se refiere a la velocidad lineal del la
herramienta acoplada al cabezal, mientras que el avance es la distancia más pequeña que
se desplaza.
MESA DE CORTE PARA VIDRIO DE 4GDL
24
1.8 EVOLUCIÓN DE UNA CÉLULA PARA EL CORTE DE VIDRIO
Actualmente una célula de corte para vidrio, cuenta con varias estaciones de procesos, que
obedecen a las necesidades, del producto a elaborar, ya que anteriormente el vidrio por sus
dimensiones y peso era difícil de maniobrar manualmente, es por eso que se le implementó un
alimentador automático, el cual permite que el obrero no sufra inconvenientes al colocar el vidrio
en la máquina cortadora.
Esto dio paso a observar otras desventajas dentro del proceso creando así un almacén, un sistema
de descarga de material hacia el almacén, recolección de las traveras (los trozos que sobra
después del corte), esto se observa en la figura 1.12.
Estos procesos fueron cambiando no solo aumentando estaciones de trabajo sino innovando cada
una de ellas automatizándolas y cambiando sus sistemas de impulsión, así mejorando su
producción tanto en la velocidad del proceso, como en la calidad del producto terminado
La parte de control se implementa con una computadora personal, disponiendo de su puerto
paralelo para enviar señales al driver de cada motor y leer el estado de los fotointerruptores.
El mecanismo lo forman tres ejes, estos se construyen con husillos embalados y barras guía de
alta precisión, en cada eje se acopla un motor a pasos. El avance de los husillos es 8 mm, y el
paso en los motores es de 0.9 grados, con 400 pasos por revolución, el mínimo avance es de 0.02
mm (8mm/400), observe la figura 1.13.
1.9 GRABADO Y TALLADO DEL VIDRIO.
Como ya se había mencionado anteriormente el vidrio solo se manufacturaba artesanalmente, es
decir, solo se usaba en ocasiones especiales, debido a la modernidad el vidrio ya se emplea para
la construcción como en los vitrales, paredes de cristal y grabados en esto, ya sea slogans (frases
publicitarias), escudos entre otras cosas, observe la figura 1.14 que se muestra en la página
siguiente.
MESA DE CORTE PARA VIDRIO DE 4GDL
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Figura 1.13 Mesa de corte trabajando automáticamente.
Figura 1.14 Grabado y tallado del vidrio.
1.10 REFERENCIAS DE ROBOTS PARA UNA MESA DE CORTE DE VIDRIO
La necesidad primordial es aumentar la productividad y conseguir una calidad uniforme, motivo
por el cual, el uso de los sistemas automatizados y de máquinas de uso especial diseñadas para
realizar funciones predeterminadas en un proceso de manufacturación es cada vez más dinámico,
sobre todo por el tipo de movimientos y desplazamientos que realiza está tecnología.
El interés en el uso de robots capaces de efectuar una variedad de funciones de fabricación en un
entorno de trabajo más flexible y a un menor costo de producción, se expande cada vez más.
Para identificar un robot industrial este debe de ser un manipulador de uso general controlado por
una computadora conectada en serie mediante articulaciones prismáticas o de revolución.
MESA DE CORTE PARA VIDRIO DE 4GDL
26
El final de la cadena esta fijo a una base soporte, mientras el otro extremo se encuentra libre y
equipado con una herramienta para manipular objetos o realizar tareas de montaje. El
movimiento de las articulaciones resulta, un movimiento relativo de los distintos elementos.
Mecánicamente, un robot se compone de un brazo y una muñeca más una herramienta.
La herramienta es diseñada para alcanzar una pieza de trabajo localizada dentro del volumen de
trabajo del robot.
El volumen de trabajo de un robot es la esfera de influencia de un robot cuyo brazo puede colocar
el submontaje de la muñeca en cualquier punto dentro de la esfera. El brazo generalmente se
puede mover con tres grados de libertad. La combinación de los movimientos posiciona a la
muñeca sobre la pieza de trabajo. La muñeca normalmente consta de tres movimientos giratorios.
La combinación de estos movimientos orienta a la pieza de acuerdo a la configuración del objeto
para facilitar su recogida.
Muchos robots industriales, se utilizan ampliamente en tareas de fabricación y montaje, tales
como manejo de materiales, soldadura por arco y de punto , montajes de piezas, pintura al spray,
carga y descarga, exploraciones espaciales y submarinas y en el manejo de materiales peligrosos.
Los robots industriales tienen cuatro categorías de clasificación, definidas por sus movimientos
básicos:
Coordenadas cartesianas (tres ejes lineales)
Coordenadas cilíndricas (dos ejes lineales y un eje rotacional)
Coordenadas esféricas (un eje lineal y dos ejes rotacionales)
Coordenadas de revolución o articuladas (tres ejes rotacionales)
Las clasificaciones de las diversas configuraciones pueden observarse en la figura 1.15.
Los robots cartesianos cuentan con una estructura morfológica muy sencilla, sobresalen por su
alta velocidad, para realizar tareas en entornos muy estructurados, sin embargo, sus aplicaciones
prácticas, requieren que los entornos de trabajo no contengan obstáculos, observar la figura 1.16.
Del acoplamiento de motores y controles a modo de módulos de posicionamiento con sistemas de
ejes surgen robots cartesianos de gran precisión y rendimiento para la realización de tareas de
posicionamiento en uno o varios ejes. Los robots cartesianos pueden ser de tipo unidimensionales
o multidimensionales:
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Figura 1.15 Clasificación de robots.
Figura 1.16 Robot cartesiano.
MESA DE CORTE PARA VIDRIO DE 4GDL
28
Módulos lineales: Ejes de extensión, portales o telescópicos
Sistemas de 2 ó 3 ejes: Posicionador lineal; robot lineal, portal o portal de pared
Sistemas de poca masa
Todos los módulos lineales se pueden combinar y se pueden acoplar en módulos. Se pueden unir
varios ejes formando sistemas de transporte cuyos componentes están coordinados entre sí a la
perfección, ver figura 1.17 y 1.18.
Muchas labores de manipulación se pueden automatizar de forma sencilla con módulos lineales,
accionados por motores. Tanto el posicionamiento como el perfil de movimiento de los módulos
lineales se pueden controlar con exactitud para adaptarlo a las diferentes necesidades.
La combinación de dos o tres módulos lineales en dirección "y", "x" y/o "z" permite un
movimiento libre en el plano vertical y horizontal o en el espacio. Esto hace posibles múltiples
soluciones de robótica.
Las herramientas de trabajo tales como herramientas de agarre, soldadura o pegado se pueden
adaptar de manera sencilla y se pueden gobernar a través de los controles correspondientes.
Los módulos de ejes permiten múltiples tipos de aplicación. Los módulos lineales son sistemas
monoeje para movimientos en una dimensión. Existen tres modelos, los cuales funcionan de
distinta manera:
En el eje portal se mueve sólo el carro. El cuerpo del eje cubre sin moverse el área de trabajo.
En el eje de extensión se mueve sólo el cuerpo del eje, el cual se introduce en el área de trabajo.
En el eje telescópico el carro y el cuerpo del eje se mueven fuera de la posición compacta de
retracción y se introducen en el área de trabajo.
Los diferentes tipos de ejes en un modulo lineal se observan claramente en la figura 1.19
Los módulos lineales poseen una guía interior sin juego, la cual posibilita un diseño compacto
que protege contra la suciedad y la influencia de las condiciones ambientales. La guía permite un
movimiento silencioso, requiere poco mantenimiento y tiene una vida útil prolongada.
Algunos de estos módulos son guías de rodillos o guías de bolas circulantes.
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Figura 1.17 Combinaciones de módulos lineales.
Figura 1.18 Sistemas de múltiples para robots cartesianos.
MESA DE CORTE PARA VIDRIO DE 4GDL
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Figura 1.19 Sistemas de múltiples ejes (Berger Lahr Robótica, 2005)
Guía de rodillos sin juego está especialmente diseñada para soportar grandes velocidades. Fieltros
a ambos extremos del carro limpian la guía antes de que ésta entre en contacto con los rodillos. El
vástago de la guía se lubrica mediante estos fieltros empapados en aceite y montados sobre
resortes.
Guía de bolas circulantes está diseñada para soportar grande cargas y momentos elevados, y
favorece la rigidez. Los rodamientos de bolas disponen de una lubricación permanente.
FUNCIONAMIENTO DE UN ROBOT
Un robot está constituido por cuatro subconjuntos unidos entre sí, (figura 1.19):
Un sistema mecánico articulado dotado de sus motores que arrastran a las articulaciones del robot
mediante las transmisiones. Para conocer en todo instante la posición de las articulaciones se
recurre a los captadores. Estos dan el valor a las articulaciones, que no es más que la
configuración o el estado del robot.
El entorno es el espacio en el que el robot puede encontrar obstáculos que ha de evitar y objetos
con los que tiene que actuar. Por todo lo anterior existe interacción entre la parte física y el
entorno. Mediante los captadores exteroceptivos se toman informaciones sobre el entorno. Las
tareas a realizar es el trabajo que se desea que haga el robot.
MESA DE CORTE PARA VIDRIO DE 4GDL
31
La descripción de estas tareas se hace mediante lenguajes que pueden ser a través de los gestos,
en el que se le enseña al robot lo que se debe hacer:
Orales, se le habla, por escrito en el que se le escriben las instrucciones en un lenguaje
compatible con el robot.
El cerebro del robot es el órgano de tratamiento de la información. Este puede ser desde un
autómata programable para los menos avanzados hasta un control numérico o microprocesador
para los más avanzados. El cerebro, es el que tiene el papel principal, contiene en sus memorias:
Un modelo del robot físico: las señales de excitación de los accionadores y los desplazamientos
que son consecuencia de ellas.
Un modelo del entorno: descripción de lo que se encuentra en el espacio que puede alcanzar.
Programas: permite comprender las tareas que se le pide que realice. Algoritmos de control.
LENGUAJES DE COMUNICACIÓN ENTRE ROBOT-HOMBRE
El lenguaje siempre ha sido una vía eficaz de comunicación. Entre las formas que existen de
comunicación con los robots se encuentran:
Reconocimiento de palabras separadas: actualmente este sistema es bastante primitivo y suelen
depender de quien hablan. Estos sistemas pueden reconocer un conjunto de palabras concretas de
un vocabulario muy limitado.
Enseñanza y repetición: es la más comúnmente utilizada en los robots industriales. Implica el
enseñar al robot todos los movimientos que necesita realizar.
Lenguajes de programación de alto nivel: suministran una solución más general en la
comunicación hombre-robot. Los lenguajes clásicos (FORTRAN, BASIC, PASCAL) no
disponen de los comandos e instrucciones específicas que se necesitan para la programación en la
robótica. Hasta ahora los lenguajes utilizados han sido diseñados para un modelo específico de
manipulador, una tarea concreta, por lo que en estos momentos no existe ningún lenguaje
universal.
MESA DE CORTE PARA VIDRIO DE 4GDL
32
Figura 1.19 Representación de un robot con sus subconjuntos.
1.11 PROGRAMACIÓN USADA EN LA ROBÓTICA
La programación que se emplea en la robótica tiene caracteres diferentes debido al criterio que el
operador utiliza para las acciones de control y de las instrucciones adecuadas que las
implementan, o estar basada en la modelación del mundo exterior, cuando se describe la tarea y
el entorno y el propio sistema toma las decisiones.
La programación explícita es la más utilizada en las aplicaciones industriales y consta de dos
técnicas fundamentales:
Programación Gestual. También conocida como programación Directa, este tipo de
programación, exige el empleo del manipulador en la fase de enseñanza, o sea, trabaja
"on-line". Programación donde el propio brazo interviene en el trazado del camino y en
las acciones a desarrollar en la tarea de la aplicación; lo que determina la programación
"on-line". Esta está dividida en dos clases:
MESA DE CORTE PARA VIDRIO DE 4GDL
33
Programación por aprendizaje directo: El punto final del brazo se traslada con
ayuda de un dispositivo especial colocado en su muñeca, o utilizando un brazo
maestro o maniquí, sobre el que se efectúan los desplazamientos que, tras ser
memorizados, serán repetidos por el manipulador. Esta programación tiene pocas
posibilidades de edición ya que para generar una trayectoria continua, es preciso
almacenar o definir una gran cantidad de puntos, cuya reducción origina
discontinuidades.
Programación mediante un dispositivo de enseñanza: Consiste en determinar las
acciones y movimientos del brazo manipulador, a través de un elemento especial
para este cometido. En este caso, las operaciones ordenadas se sincronizan para
conformar el programa de trabajo. Los dispositivos de enseñanza modernos
permiten generar funciones auxiliares, además del control de los movimientos.
Esta programación tiene como característica que el usuario no necesita conocer
ningún lenguaje de programación, simplemente debe habituarse al empleo de los
elementos que constituyen el dispositivo de enseñanza.
Programación Textual. En esta labor no participa la máquina. Las trayectorias del
manipulador se calculan matemáticamente con gran precisión y se evita el
posicionamiento El programa queda constituido por un texto de instrucciones o
sentencias, cuya confección no requiere de la intervención del robot. Con este tipo de
programación, el operador no define, prácticamente, las acciones del brazo manipulado,
sino que se calculan, en el programa, mediante el empleo de las instrucciones textuales
adecuadas.
1.12 TRABAJOS PRECEDENTES
En el documento “Manipulador controlado por PC en un ambiente visual” (Martín Campos
Munive, 2002) muestra el control de un manipulador por medio de servomotores, a través de
dispositivos electrónicos donde se programan las posiciones que el usuario requiera, el teach
peant que se utiliza en este proyecto es una computadora donde a su vez se muestran los
movimientos que realiza el manipulador.
MESA DE CORTE PARA VIDRIO DE 4GDL
34
El software que se utiliza requiere de un alto nivel de conocimientos en programación, a menos
que se desee realizar una interfase entre algún otro programa para facilitar dicha programación,
también es más práctico manejar un programa que realizarlo.
En el trabajo “El mantenimiento y su programación en equipos mecánicos” (José reyes García,
2002), la programación del mantenimiento de los elementos mecánicos, es de vital importancia
para tener una máquina trabajando al 100%, además se incluyen los procesos que se deben seguir
para el mantenimiento de cada una de la piezas que las conforman, como la lubricación de
engranes, tornillos, rodamientos, y la limpieza de mangueras, tubos y bombas hidráulicas y
neumáticas. Permitiendo que el proceso se de calidad y precisión que es lo que un clientes
siempre busca en un producto.
El manejo de los grados de libertad que se realizan en el trabajo “Diseño de un manipulador de 4
GDL” (Marcos Fernando García Galván, 2003) se indica que un manipulador, requiere de
cálculos mecánicos (de vigas, columnas, velocidades, ventosas, etc.), eléctricos (motores) y
electrónicos (etapa de control). También implica decidir el sistema de impulsión que se requiere y
se necesita, debido a que este variara dependiendo de las condiciones del ambiente en el que
labora, esto también implica un costo que variara por el tipo de fuente de alimentación que se
utilice para sus movimientos.
En el trabajo de investigación “Máquina cortadora con láser controlada a través de un
servomotor” (Vera Cruz Manzano, 2003) se mencionan los dispositivos necesarios, para lograr la
transmisión requerida en un manipulador de tres grados de libertad, la secuencia que se debe
seguir para el desplazamiento de la herramienta y lograr los cortes y movimientos requeridos.
En el proyecto se utiliza como cortador un láser que nosotros sustituiremos por un cortador
adiamantado o uno con punta de diamante. También es utilizado un software que permite la
programación del control del movimiento y las reglas a seguir para el manejo de éste.
En la investigación “Proyecto para la optimización del uso del agua y aire comprimido para una
planta de transformación de vidrio” (Gonzalo García Pérez, 2004) se maneja la transformación
del vidrio para el área automotriz, donde se utiliza un horno con sensores de temperatura para
lograr el punto de maleabilidad del vidrio y así lograr la deformación requerida; donde se utiliza
un sistema de abastecimiento de agua para la limpieza y otro de aire comprimido para el
MESA DE CORTE PARA VIDRIO DE 4GDL
35
modelado del vidrio, como es en el caso de los parabrisas y medallones automovilísticos. Este
sistema tiene un alto costo pero se justifica con la eficiencia que tiene el proyecto.
El desarrollo de escantillones para cristales automotrices que se encuentra en el trabajo
“Desarrollo de escantillones para cristales automotrices” Carlos Alberto Aguilar Maldonado,
2004) sirve para la elaboración de parabrisas y medallones ya que estos simula la carrocería de un
automóvil y así poder ensamblar estos sin riego de fallas de acoplamiento de vidrio. Esto sirve
para información de las características que dicho cristal requiere. El modelado de los
escantillones en esta tesis se modelaron en AUTOCAD pasándolo por el sistema de CADCAM,
para su producción en un control numérico computarizado de fresado.
“Centro de maquinado para fresado y torneado, programación del CNC” El análisis de un
control numérico computarizado para fresa, debido a los movimientos que realiza, es decir los
ejes que utiliza. También muestra los cálculos que deben realizarse para obtener la velocidad de
corte y avance, lo que define el manejo de los diferentes materiales que se utilicen en el
maquinado. Las medidas de seguridad que deben seguirse y la metodología del proceso.
1.13 SUMARIO
Como ya se mencionó en el objetivo general de la tesis este proyecto se planea hacer de la
siguiente manera tomando la siguiente estructura, generalidades, análisis de construcción y
costos, aparte de este capítulo.
Con base a lo establecido en este primer capítulo estado del arte todo lo anterior mencionado
sirve para saber los antecedentes de nuestro proyecto, el cual muestra como ha ido evolucionando
la manufactura del vidrio, esta evolución se realizó desde un trabajo puramente artesanal hasta
automatizar totalmente su manufactura, pero esto no ha sido sencillo ya que, la evolución que se
tuvo fue desde el cortador manual, utilizado en empresas ó locales familiares donde la producción
que se requiere no es tan demandante como es el caso de la mesa automática, que abarca un
campo de distribución mayor.
Las empresas que se mencionan son reconocidas mundialmente en esta área y se mencionan para
observar el comportamiento y cantidad de producción que deben realizar las máquinas que
MESA DE CORTE PARA VIDRIO DE 4GDL
36
producen de manera automática, también cabe mencionar que las propiedades del vidrio son
importantes ya que de ello dependen la precisión y velocidad, ya que en la producción juegan un
papel importante, es decir que entre más producción se tenga con la menor cantidad de materia
prima, mayor será la ganancia, pero algo que es de vital índole es la seguridad con la que debe
contar esta clase de artefactos para el operador.
1.14 OBJETIVOS PARTICULARES
Conocer el desarrollo tecnológico usado en la maquinaria para realizar el corte, grabado y relieve
del vidrio.
Proporcionar la información necesaria para que el lector de esta tesis comprenda el principio de
funcionamiento, así como los elementos que conforman una maquina de esta índole
Desarrollar un análisis completo del funcionamiento y construcción del proyecto denominado
mesa de corte para vidrio, es decir, cálculos mecánicos, eléctricos y electrónicos de cada una de
las partes que constituirán está máquina –herramienta o robot cartesiano de cuatro grados de
libertad.
Identificar y adecuar un presupuesto a las necesidades del mercado mexicano para la
construcción de una mesa con manufactura totalmente mexicana.
MESA DE CORTE PARA VIDRIO DE 4GDL
37
2 GENERALIDADES
Este segmento en particular describirá los
elementos empleados en el proceso de diseño.
Además se describen de manera general los
procesos, que esta maquina realizará, en la
transformación del vidrio. Así como los
requerimientos que en la actualidad dicha industria
necesita para su desarrollo en el país.
MESA DE CORTE PARA VIDRIO DE 4GDL
38
Las maquinas que son usadas en esta industria, tienen como propósito facilitar el trabajo del
hombre y su protección. Además otra de las características fundamentales es lograr el
crecimiento de empresas mexicanas dedicadas al vidrio, como las industrias lideres en este
mercado Glasstek y Meyers. Así como mejorar los tiempos de producción que normalmente
llevan consigo un periodo de larga duración, debido a las exigencias de calidad y precisión en los
diseños, que comúnmente se llevan a cabo de manera artesanal; como fue mencionado en el
estado del arte. Para lograr que este objetivo, se necesita que la máquina, sea controlada por un
servo control, con el cual se realizaran movimientos coordinados para el corte de vidrio.
2.1 SISTEMA DE CONTROL
Este sistema de control requiere que se utilicen servomotores, los cuales son equipo de alta
precisión debido a su control de lazo cerrado y cumplirán con esta condición, siempre y cuando el
equipo que se destine a ser movido por este elemento cuente con “cero juego mecánico”.
2.2 DEFINICIÓN DE UN SERVOCONTROL
Se conoce como servocontrol al movimiento de lazo cerrado de los parámetros posición y
velocidad de un sistema. Es decir que los lazos del servo, siguen las ordenes de la manera más
apegada que les sea posible. La salida del lazo del servo es un comando de torque, el cual es
entregado a los algoritmos de control y circuitos. El lazo del servo toma un comando de
movimiento y/o velocidad y calcula el torque necesario para satisfacer tal comando. El
controlador de movimiento produce torque en respuesta a la salida del lazo cerrado.
2.3 SERVOMOTOR
Un servomotor cuenta con la característica de tener agregada una "retroalimentación", que al
combinarla con un servoamplificador se puede controlar, el torque o velocidad (ver Figura 1).
Los servomotores utilizan frecuentemente imanes permanentes, lo cual hace que se convierta
eficientemente, la energía eléctrica en energía mecánica. ahorrando espacio y minimizando la
MESA DE CORTE PARA VIDRIO DE 4GDL
39
inercia en comparación con motores convencionales. Estos tipos de motores tienen otros tipos de
diseños disponibles como pueden ser: de acoplamiento directo tipo lineal o rotatorio, con o sin
carcaza.
Figura 2.1 Servomotores (Sureservo, 2006)
A demás cabe mencionar que estos motores pueden presentarse como monofásicos de CD con
escobillas, o trifásicos de CA sin escobillas.
2.4 TAREAS DE UN SERVOAPLIFICADOR
Servoamplificador se encarga de realizar tres tareas
Servocontrol
Control de motor
Conversión de energía
Tarea del Servo Control: Él servocontrol se encarga de la regulación de velocidad y posición de
un motor a través de una señal de señal de retroalimentación. El lazo de control más básico en
este sistema es el lazo de velocidad, el cual produce un comando de torque para minimizar el
error entre el comando de velocidad y la velocidad de retroalimentación. La mayoría de los
sistemas de servocontrol requieren del control de posición además del control de velocidad. La
manera más común de proveer el control de posición en un sistema es añadir un lazo de posición
que se encuentre en "cascada' o en serie con el lazo de velocidad.
MESA DE CORTE PARA VIDRIO DE 4GDL
40
Algunas veces un solo lazo de posición PID se utiliza para brindar control de velocidad y
posición sin la existencia de un "lazo de velocidad' especifico.
Los lazos de control deben ser "ajustados" para cada aplicación. El ajuste es proceso de
establecer las ganancias del servo. Ganancias más altas, brindan mayores niveles de desempeño,
pero también pueden llevar al sistema a la inestabilidad. Los filtros de paso reducido,
comúnmente usados en serie con el lazo de velocidad, reducen los problemas de inestabilidad.
Los filtros deben ser ajustados al mismo tiempo que se ajustan los lazos de control.
Tarea del Control del Motor El control de motor se encarga del proceso de producir el torque
real en respuesta al comando de torque de los lazos de control. Para motores con escobillas, el
control del motor es simplemente el control de la corriente en el devanado del motor ya que el
torque producido por el motor es aproximadamente proporcional a la corriente en el devanado. La
mayoría de los servo controladores industriales dependen de los lazos de control en la corriente.
Los lazos de control de corriente son similares en estructura a los lazos de control de velocidad,
la deferencia es que operan a frecuencias más altas. Un lazo de corriente toma un comando de
corriente (casi siempre a la salida del lazo de velocidad) y lo compara con la señal de
retroalimentación de corriente, luego genera una salida la cual es esencialmente un comando de
voltaje. Si el sistema necesita más torque, el lazo de corriente responde incrementando el voltaje
aplicado al motor hasta que se produce la cantidad correcta de corriente.
Esta tarea es sumamente complicada y es por ello que los fabricantes habitualmente ajustan los
lazos de corriente para un motor.
Tarea de la Conversión de Energía: Los servoamplificadores proporcionan energía al motor,
para ello, los algoritmos de control se basan en la capacidad de la etapa de potencia para producir
la corriente que generará el torque que al mismo tiempo satisface los lazos de velocidad y
posición. Los transistores de potencia proporcionan corriente a los devanados del motor
mediante un proceso llamado modulación. La cantidad de energía que puede ser entregada al
motor esta en función del voltaje aplicado y del nivel de corriente del amplificador.
MESA DE CORTE PARA VIDRIO DE 4GDL
41
La etapa de potencia aplica voltaje a los devanados del motor a través de transistores, utilizando
el proceso llamado modulación de ancho de pulso, mejor conocido como PWM y así controlar
este voltaje.
2.5 LAZOS DE CONTROL
Los lazos de control comparten elementos esenciales como: un comando, una retroalimentación,
una ley de control, un lazo de corriente, un motor y un dispositivo de retroalimentación,
componentes que trabajan en conjunto para producir una salida que siga el comando lo más
exactamente posible.
En el control de los servoamplificadores, los amplificadores pueden estar configurados para
operar en varias funciones, mientras que el controlador de movimiento realiza las demás. Un lazo
de control de movimiento, puede incluir un lazo de velocidad, un lazo posición, la conmutación,
lazos de corriente, y una etapa de potencia.
Ahora, si retomamos los modos de operación de un amplificador, podemos encontrar los
siguientes:
Modo de colocador en un solo eje: Este lleva a cabo todas las funciones de movimiento
incluyendo el comando de posición, es decir, lazo de posición, lazo de velocidad,
conmutación, lazos de corriente, y la etapa de potencia. En esté modo, el controlador de
movimiento y el amplificador se combinan en una sola unidad. Se utiliza para el control
de un solo eje porque el control se lleva a cabo como una unidad simple.
Modo de posición: Aquí los amplificadores se conocen como amplificadores de
colocación y manejan el lazo de posición, el lazo de velocidad, conmutación y lazos de
corriente. Los amplificadores de colocación suministran todas las funciones de control de
movimiento excepto la generación de un de este. El control de movimiento calcula las
posiciones deseadas de todos los ejes en un sistema y transmite estos comandos a los ejes.
Modo de velocidad: En este modo, el amplificador cierra el lazo de velocidad, es decir
lleva a cabo la conmutación y cierra los lazos de corriente. El controlador de movimiento
MESA DE CORTE PARA VIDRIO DE 4GDL
42
genera el comando de posición y cierra el lazo. La salida del lazo de posición es un
comando de velocidad, la cual alimenta al amplificador. Este modo es usado cuando los
amplificadores analógicos son controlados por controles multiejes.
Modo de torque: Aquí el amplificador cierra la conmutación y los lazos de corriente. El
controlador de movimiento genera el comando de posición y cierra el lazo. La salida del
lazo de posición es un comando de velocidad, el cual es alimentado al amplificador. Esté
modo es utilizado cuando los amplificadores analógicos son controlados por controles
multiejes.
Modos de operación y comunicación: La manera en que se comunican el comando del
colocador con el amplificador afecta la selección del modo de operación. Cuando un
amplificador digital es controlado por un comando análogo, el modo escogido puede ser
generalmente, torque o velocidad. El modo de posición es impráctico con un comando
analógico, por que un comando de posición no puede representarse con la adecuada
resolución. Cuando el amplificador se encuentra en modo de posición, el controlador de la
máquina envía comandos de posición, dejando los cálculos en tiempo real al el
amplificador. En aplicaciones donde el motor gira a velocidad constante, el amplificador
se utiliza en modo de velocidad. Aquí, el controlador de movimiento envía comandos de
velocidad y amplificador responde cambiando las velocidades inmediatamente,
usualmente con un rango de aceleración limitado.
2.6 RETROALIMENTACIÓN DEL MOTOR
La retroalimentación se define como: “el regreso a la entrada de una parte de la señal enviada a la
salida de algún dispositivo o proceso” y es la razón principal por la cual, las maquinas modernas
trabajan en lazo cerrado.
Actualmente los servosistemas cuentan con la capacidad de manejar múltiples servo lazos
quienes requieren información del motor como por ejemplo la velocidad a la que sé esta
moviendo. Para esto se utilizan una serie de elementos llamados censores, que tienen como
función detectar, movimientos, presencias, haz de luces, sonidos, temperatura, etc.
MESA DE CORTE PARA VIDRIO DE 4GDL
43
Para la clase de retroalimentación utilizada en este tema ocuparemos los siguientes tipos de
censores, unidos a los lazos mencionados anteriormente en los amplificadores.
Figura 2.2 Flecha con encoder montado (MEL, 2006)
Sensores de retroalimentación de corriente: El servo lazo que tenemos es el de torque o el
lazo de corriente, los censores de corriente se localizan en el amplificador.
Sensor de retroalimentación y lazo de conmutación: La conmutación de un motor de CD
sin escobillas no es un lazo cerrado, sino un método para la colocación del campo
electromagnético del motor en una relación de posición de producción de torque óptima
con los magnetos permanentes. Este lazo requiere un aparato de retroalimentación para
detectar la posición de la flecha del motor. Ver Figura 2.2
Sensor de retroalimentación y lazo de velocidad: La velocidad del motor se debe conocer
para regularla, la manera de llevar acabo esta tarea es a través de los tacómetros que son
sensores de velocidad real y proporcionan un voltaje analógico proporcional a la
velocidad.
Sensores de retroalimentación y lazo de posición: Controlar la posición de la flecha del
motor requiere información de su posición. Un sensor de retroalimentación de posición,
es decir un resolver o encoder, se monta directamente en la flecha del motor para
brindamos esta información. Los aparatos usados comúnmente para la retroalimentación
rotatoria de los lazos de posición son los resolver, encoder y encoder seno, los cuales
están disponibles en modelos lineales. Los sistemas de amplificación en los motores
modernos sin escobillas requieren retroalimentación para
MESA DE CORTE PARA VIDRIO DE 4GDL
44
Cada uno de estos lazos. Afortunadamente un solo resolver o encoder, es capaz de
proporcionar la información requerida para cada uno de los lazos.
Figura 2.3 Diferentes tipos de encoders (Rotary & Linear Encoders, 2007)
2.7 RETROALIMENTADORES
Hay muchos tipos de retroalimentadores que se utilizan en la actualidad, los más comunes se
listan a continuación:
Encoder incremental: este dispositivo suministra información de la posición a través de
dos canales conocidos como canal A y canal B los cuales se encuentran desfasados 90°,
estos envían un número especifico de pulsos por la unidad de movimiento de la flecha, los
cuales se generan dentro del encoder usando un disco óptico directamente conectado a la
flecha del motor. El disco mencionado anteriormente cuenta con ranuras a través de las
cuales atraviesa un has de luz, que es detectado por el transmisor y receptor que se
encuentran a cada lado del mismo. La rotación de la flecha y el disco interrumpen el has
de luz creando pulsos y líneas, que son comúnmente conocidas como líneas por
revolución. El encoder incremental o TTL, produce un tren de pulsos digitales con
diferentes resoluciones, que van de 50 a 5000 líneas por revolución, en marcas
MESA DE CORTE PARA VIDRIO DE 4GDL
45
comerciales y en casos especiales pueden tener hasta 100 000 LPR. La salida de los
encoders también puede una señal de cuadratura la cual impide el ruido que existe entre
los componentes. Observe Figura 2.3
Encoder Absoluto: los encoder absoluto se utilizan para suministrar información
relativamente exacta de la posición al momento del encendido. Este método requiere la
interconexión de muchos cables entre el encoder y el amplificador, por lo cual no se
utiliza mucho en la industria. Encoders más modernos de esté tipo traen un chip
inteligente que determina la posición absoluta y envía el dato al controlador a través de
comunicación serial.
2.8 CONTROL DE MOVIMIENTO
Los controles de movimiento tienen tres funciones que cumplir entre la que se encuentran:
Generación de un perfil de movimiento: es el responsable de realizar todos los cálculos
necesarios para las trayectorias de movimiento, dada la información acerca del modo de
operación. Algunos generadores de perfil de movimiento realizan un cálculo previo al
movimiento, mientras otros lo hacen durante el movimiento. La salida del generador del
perfil de movimiento es el comando de posición que ordena el cierre del lazo de posición
en el amplificador
Cierre del lazo de posición del motor: el servocontrol es la regulación de la posición
deseada de la flecha del motor y la posición del motor basada en la señal de
retroalimentación. El lazo de posición produce un comando de velocidad para minimizar
el error entre el comando de posición y la posición de retroalimentación. Las ganancias y
el ancho de banda se ajuntan a través de un filtro compensador, conocido como PID. En la
configuración de algunos sistemas, el cierre de lazo es parte del amplificador en lugar del
controlador de movimiento.
Interfase de entradas y salidas del control y amplificador: Las entradas discretas al
controlador de movimiento ordenan movimiento o funciones auxiliares. Las salidas
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46
discretas que provienen del controlador indican que se ha completado el movimiento. El
ajuste y lectura de los parámetros se realiza a través de comunicación serial o puede ser de
múltiples formas, pero la mayoría es a través de MMI ó interfase- hombre- máquina o
HMI interfase humano - máquina. El controlador de movimiento envía un comando de
salida o de torque, al amplificador que usualmente controla al amplificador
La comunicación del control de movimiento y el amplificador, en un sistema tradicional servo, el
controlador de movimiento suministra un comando analógico de velocidad o torque. El
amplificador suministra la posición a través de una señal de encoder o su equivalente. El
amplificador se habilita por un contactor o una señal digital equivalente. Usualmente, el
amplificador envía una señal digital. como un contacto de un relevador, para indicarle al
controlador de movimiento que se encuentra funcionando.
Una conexión serial es un medio de información para transmitir o recibir información del
amplificador. Esto se hace normalmente usando un programa de interfase que esta instalado en la
PC, la cual se comunica con el amplificador a través del puerto serial
Una conexión serial es un medio de información para transmitir o recibir información del
amplificador. Esto se hace normalmente usando un programa de interfase que esta instalado en la
PC, la cual se comunica con el amplificador a través del puerto serial.
2.9 MOTORREDUCTORES O REDUCTORES
Los Reductores ó Motorreductores son apropiados para el accionamiento de toda clase de
máquinas y aparatos de uso industrial, que necesitan reducir su velocidad en una forma segura y
eficiente. Las transmisiones de fuerza por correa, cadena o trenes de engranajes que aún se usan
para la reducción de velocidad presentan ciertos inconvenientes.
Al emplear reductores o motorreductores se obtiene una serie de beneficios sobre estas otras
formas de reducción. Algunos de estos beneficios son:
Una regularidad perfecta tanto en la velocidad como en la potencia transmitida.
Una mayor eficiencia en la transmisión de la potencia suministrada por el motor.
Mayor seguridad en la transmisión, reduciendo los costos en el mantenimiento.
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47
Menor espacio requerido y mayor rigidez en el montaje.
Menor tiempo requerido para su instalación.
Los motorreductores se suministran normalmente acoplando a la unidad reductora un motor
eléctrico normalizado asincrónico tipo jaula de ardilla, totalmente cerrado y refrigerado por
ventilador para conectar a redes trifásicas de 220/440 voltios y 60 Hz.
Para proteger eléctricamente el motor es indispensable colocar en la instalación de todo
Motorreductor un guarda motor que limite la intensidad y un relé térmico de sobrecarga. Los
valores de las corrientes nominales están grabados en las placas de identificación del motor.
Normalmente los motores empleados responden a la clase de protección IP-44 (según DIN
40050). Bajo pedido se puede mejorar la clase de protección en los motores y unidades de
reducción.
Guia para la Eleccion del Tamaño de un Reductor o Motorreductor
Para seleccionar adecuadamente una unidad de reducción debe tenerse en cuenta la siguiente
información básica:
Características de operación
Potencia (HP tanto de entrada como de salida)
Velocidad (RPM de entrada como de salida)
Torque (par) máximo a la salida en kg-m.
Relación de reducción (I).
Características del trabajo a realizar
Tipo de máquina motríz (motor eléctrico, a gasolina, etc.)
Tipo de acople entre máquina motríz y reductor.
Tipo de carga uniforme, con choque, continua, discontinua etc.
Duración de servicio horas/día.
Arranques por hora, inversión de marcha.
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48
Condiciones del ambiente
Humedad
Temperatura
Ejecución del equipo
Ejes a 180º, ó, 90º.
Eje de salida horizontal, vertical, etc.
2.10 POTENCIA DE SELECCIÓN (Pn)
Es difícil encontrar en la práctica, que una unidad de reducción realice su trabajo en condiciones
ideales, por tanto, la potencia requerida por la máquina accionada, debe multiplicarse por un
factor de servicio Fs, factor que tiene en cuenta las características específicas del trabajo a
realizar y el resultado, llamado Potencia de selección, es el que se emplea para determinar el
tamaño del reductor en las tablas de selección.
Potencia de selección (Pn)= Potencia requerida (Pr) X Fs.
En algunos casos los reductores se determinan no por la potencia sino por los torques de
selección. El torque y la potencia están relacionados mediante la siguiente función:
716.2 X Pn (HP)
Tn (Kg-m)= ---------------------- N (RPM)
Para las tablas de selección:
Pn= HP de salida y Tn= Torque
Pn está dada por Pn=HP entrada X n, donde n, = Eficiencia del reductor.
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49
Para condiciones especiales como altas frecuencias de arranque- parada o de inversiones de
marcha en el motor, alta humedad o temperatura ambiente y construcciones o aplicaciones
especiales es conveniente consultar con el Departamento Técnico.
TABLA 2. 1 Factores de servicio.
Tipo de Motor
que acciona el
Reductor
Horas / Día
Tipo de Carga
Uniforme Media Con Choques
Motor eléctrico
entrada
2 0.9 1.1 1.5
10 1.0 1.25 1.75
Constante 24 1.25 1.50 2.00
Motor de
combustión de
varios cilindros
mediente
impulsiva
2 1.0 1.35 1.75
10 1.25 1.50 2.00
24 1.50 1.75 2.50
2.11 CARROS Y GUIAS LINEALES
Los carros y guías lineales son la solución para guías de precisión en máquinas con movimientos
lineales; las cuales cuentan con la característica de reducir el esfuerzo de construcción y montaje
al mínimo y satisfaciendo las exigencias de precisión y eficacia; provocando una mayor vida útil
(ver Figura 2.4).
Entre estos carros y guías existe una gran diversidad de productos entre los más usuales podemos
citar los siguientes:
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50
Consigue con unos rascadores en las caras frontales y obturadores longitudinales en la
parte inferior, obteniendo como consecuencia su obturación por todos sus lados
Figura 2.4 Carros y Guías (TraceParts GmbH, 2007)
Carros y guías lineales de cuatro hileras de bolas. Los carros son de acero y tienen el
cuerpo soporte tratado y rectificado con cuatro pistas de recirculación. Las bolas circulan
en canales cerrados con un cuerpo de retorno de plástico, los carros y guías lineales de dos
hileras de bolas.
El sistema de recirculación sin jaula, en la que los elementos rodantes se encuentran en
contacto sobre cuatro puntos con las pistas de rodadura, estos elementos se suministran
por separados. Los carros son de acero al igual que las guías y tienen el cuerpo soporte
tratado y rectificado con dos pistas de recirculación. Las bolas circulan en canales
cerrados con y guías son de acero tratado y rectificado. Su obturación se consigue con
unos rascadores en las caras frontales y obturadores longitudinales en la parte inferior,
obteniendo como consecuencia su obturación por todos sus lados.
Carros y guías lineales de seis hileras de bolas: Los carros son de acero, tienen el cuerpo
tratado y rectificado con seis pistas de recirculación. Las bolas circulan en canales
cerrados con un cuerpo de retorno de plástico, los carros y guías son de acero están
tratado y rectificado. Su obturación se consigue con unos rascadores en las caras frontales
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51
y obturadores longitudinales en la parte inferior, obteniendo como consecuencia su
obturación por todos sus lados.
Este sistema permite una mayor capacidad de carga que otros sistemas Con recirculación
a bolas, permitiendo elevadas velocidades y aceleración.
Figura 2.5 Tipos de curdas en un tornillo (Elaboración propia, 2007)
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52
2.12 TORNILLOS DE POTENCIA
La Figura 2.5 se muestra los tres tipos de cuerdas de tornillos de potencia: la cuerda cuadrada, la
cuerda Acme y la cuerda trapezoidal. De estas, la cuerda cuadrada y la trapezoidal son las más
eficientes, es decir, requieren un torque mínimo para desplazar una carga particular a lo largo del
tornillo. No obstante, la cuerda Acme no es mucho menos eficiente y fácil de maquinar.
Torque que se Requiere para Mover una Carga.
Cuando se utiliza un tornillo de potencia para ejercer una carga, como al levantar una carga con
un gato, es necesario saber que tanto torque hay que aplicarle a la tuerca del tornillo para mover
la carga. Los parámetros a considerar incluyen la fuerza que hay que mover, el tamaño del
tornillo según lo indica su diámetro de paso, el desplazamiento del tornillo y el coeficiente de
fricción. Para el caso común de un tornillo de una sola cuerda, el desplazamiento es igual al paso.
Eficiencia de un Tornillo de Potencia.
La eficiencia para la transmisión de una fuerza mediante un tornillo de potencia se puede
expresar como la relación del torque que se requiere para mover el tornillo sin fricción con la que
se necesita para moverlo donde si existe fricción.
Ajuste para cuerdas Acme.
La diferencia entre las cuerdas Acme y las cuerdas cuadradas es la presencia del ángulo de
cuerda. A partir de la Figura 2. (a) y (b) se observa que 2Φ = 29°, y por consiguiente ƒ = 14.5°.
Esto modifica el sentido en el que actúan las fuerzas en la cuerda.
Potencia que se Necesita para Impulsar un Tornillo de Potencia.
Si el torque que se necesita para hacer girar un tornillo se aplica una velocidad de giro constante,
entonces la potencia, en caballos de potencia, que se necesita para impulsar el tornillo es:
00063
TnP
(2.1)
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53
2.13 CUERDAS O ROSCAS
Un filete de rosca es un saliente en forma de ribete de sección uniforme y siguiendo una hélice
tallada alrededor de una circunferencia de un cilindro y avanzando a lo largo del eje del mismo
así se obtiene una rosca cilíndrica, pero si el filete se talla alrededor de un cono, se obtiene una
rosca cónica.
2.14 ELEMENTOS DE UNA ROSCA
Φ mayor = el Φ máximo del filete del tornillo o de la tuerca.
Φ menor = interior
Φ de flancos = Φ primitivo
Paso = Es la distancia entre un punto del filete al punto correspondiente del filete
siguiente, medida paralela al eje.
< del filete = es la pequeña superficie superior del filete que une los dos flancos del
mismo.
Raíz = es la superficie del fondo que une los flancos de los filetes adyacentes.
Flanco = es la superficie del filete que une la cresta con la raíz.
2.15 ERRORES DE ROSCA
Medida básica: es la medida normal a partir de la cual se consideran todas las variaciones.
Holgura de la Cresta: es el espacio que queda entre la cresta de un filete y la raíz del
mismo.
Acabado = es el carácter de la superficie de un filete de rosca.
Ajuste = es la relación entre dos piezas acopladas.
Zona neutra = es la zona de discrepancia positiva.
Limites = son las dimensiones extremas permitidas por la tolerancia aplicada a una pieza.
2.16 PERFILES DE ALUMINIO
Los perfiles de aluminio de carro y de caja, también son una opción viable para obtener
movimientos lineales, ya que cuentan con aditamentos para cumplir con este fin. Al usar esto con
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54
un servomotor, daremos solución a nuestro mayor problema que es el de la economía y precisión
en el corte de la mesa (Figuras 2.6 y 2.7)
El perfil que cumple con las necesidades del proyecto es el ER60, junto a su carro de
desplazamiento proporciona eficacia, velocidad, un roce casi nulo para que su vida útil sea más
larga además de una estabilidad en el sistema que es fundamental para la presición que se maneja
en la mesa de corte para vidrio de cuatro grados de libertad.
Entre los perfiles escogidos podemos encontrar a:
Perfil del carro de las EG 40, 60
Perfil del carro de la unidad EG 80
Perfil del carro de las unidades EL 80, 80S
Perfil del carro de las unidades EL 100, 125
Perfil del carro de las unidades DL 120, 160, 200 / DS 160
Perfil del carro de las unidades QL / QS 60, 80, 100
Estos cuentan con diferentes aleaciones que los hacen además de prácticos, durables y resistentes
2.17 MODULOS LINEALES
Los módulos lineales pueden montarse de diferentes formas, para cubrir el área de trabajo donde
se desempeñara el proceso. La mayoría de estos módulos se logran con los perfiles de aluminio la
única variación que se tiene entre uno y otro se basa en dos factores el primero se refiere a la
longitud a cubrir que es muy importante y el segundo a la función que se desempeñará.
La gran diversidad de módulos nos permite escoger entre una amplia gama de sistemas de
movimiento entre los cuales tenemos los siguientes:
Unidades con husillo de rosca trapezoidal o husillo de recirculación de bolas
Unidades guían sin sistema de tracción
Unidades con correa dentada
Unidades con cremallera
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55
Unidades con husillo de rosca trapezoidal
Unidades con husillo de recirculación de bolas
Unidades con correa dentada
Unidades con correa dentada
A continuación se mencionaran tan solo algunas unidades de posicionamiento, útiles para el
desarrollo de este proyecto en particular.
Figura 2.6 Perfil de aluminio (Modultechnik, 2007)
Figura 2.7 Perfiles de aluminio acoplados (Modultechnik, 2007)
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56
El cuerpo de la unidad de la Figura 2.8 consiste en un perfil de aluminio con unas ranuras por
donde circulan guías de fricción. Las guías son regulables y no tienen holgura respecto al perfil.
La rotación del husillo se transforma en el movimiento lineal del carro
La construcción permite regular la posición del carro respecto a la tuerca, lo cual proporciona una
perfecta sincronización para sistemas compuestos de dos unidades. El husillo está protegido del
polvo y la suciedad por una cinta de recubrimiento de acero inoxidable.
En la Figura 2.9 el carro doble está fijo en el tubo cuadrado y la rotación del husillo se transforma
en el movimiento lineal (telescópico) del perfil.
Mientas tanto en la Figura 2.10 La rotación del husillo se transforma en un movimiento
lineal(telescópico) del vástago de acero cromado. El casquillo de “IGLIDUR” permite soportar
altas fuerzas y momentos de carga.
La figura 2.11 presenta la unidad aluminio con unas barras calibradas de acero. El carro incorpora
los rodamientos perfilados que están precargados y no tienen holgura respecto al perfil. La
rotación del husillo se transforma en el movimiento lineal del carro. La construcción permite
regular la posición del carro respecto a la tuerca, lo cual proporciona una perfecta sincronización
para sistemas compuestos de dos unidades. El husillo está protegido del polvo y la suciedad por
una cinta de recubrimiento de acero inoxidable.
Las guías lineales tiene como longitud máxima en él catalogo consultado de Modultechnik de
hasta 6 m. Estos módulos también cuentan con piezas de recambio y variados accesorios.
Las piezas de recambio son los carros, guías de fricción, cintas de recubrimiento, elementos de
conexión, rodillos perfilados, tapas laterales, ejes excéntricos, guías, tuercas, husillos, correas
dentadas, poleas, tensores de correa, aceites y grasas industriales (Figura 2.12).
Los accesorios son tuercas, volantes, contadores, elementos de fijación del husillo, bridas para
motores, mecanismos de fijación, elementos de fijación para los interruptores, cadenas
portacables, sensores, encoders, interruptores, acoplamientos, reductores, reenvíos de ángulo,
engranajes cónicos, fuelles de protección, ejes de conexión en paralelo. (Figura 2.13).
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57
Figura 2.8 Unidad de posicionamiento con husillos (Modultechnik, 2007)
Figura 2.9 Unidad de posicionamiento telescópico (Modultechnik, 2007)
Figura 2.10 Unidad de posicionamiento con vástago (Modultechnik, 2007)
Figura 2.11 Unidad de posicionamiento (Modultechnik, 2007)
.
Figura 2.12 Piezas de recambio (Modultechnik, 2007)
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58
Figura 2.13 Accesorios (Modultechnik, 2007)
Figura 2.14 Posibles combinaciones de guías lineales (Modultechnik, 2007)
Figura 2.15 Monorriel (Spanco, 2007)
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59
(a) Voladizo
(b) Voladizo reforzado
(c) Telescópico
Figura 2.16 Tipos de puentes (Spanco, 2007)
2.18 MONORRIELES Y TRANSPORTES AÉREOS
Estos elementos son ideales para desplazar materiales a lo largo de una trayectoria fija y
transportar materiales a centros de trabajo. Estos sistemas pueden tener acceso a lugares difíciles
a diferencia de las grúas. Una ventaja de estos transportes es el espacio libre en las instalaciones
donde la altura del techo presenta un problema (Figura 2.14).
Además la suspensión que requieren los rieles para el desplazamiento del monorriel se toma de
las estructuras existentes.
Por lo general, se utiliza un guinche en el monorriel para levantar y bajar cargas. No obstante,
pueden emplearse elevadores de vacío y balancines. Por otra parte, los transportadores suelen
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60
utilizar unidades portadoras múltiples de diversos diseños y configuraciones para soportar una
amplia cantidad de artículos para pintura, limpieza, montaje, etc.
Los monorrieles que se diseñaran para esta proyecto serán a la medida para adaptarse a cualquier
tipo de edificio y si es posible instalar secciones curvas estandarizadas y dispositivos de pistas
para monorrieles, tales como conmutadores de dirección, componentes giratorios y secciones de
entrada y salida, a fin de lograr una flexibilidad óptima en monorrieles o combinaciones de
sistemas de monorrieles.
Si el espacio del piso de trabajo es limitado: los sistemas de grúas puente montados en techo
proveen una cobertura infinita, sin interferencia de columnas de soporte.
Las grúas puente cuentan con varios diseños de los cuales tres son los que se pretenden analizar
para elegir la opción más viable:
Un diseño modular montado en techo que permiten extender las trayectorias hasta
cualquier longitud.
Un diseño en voladizo son opciones estándar para las estaciones de trabajo, en casos de
que la trayectoria sea limitada esta es una buena opción para cubrir un área más amplia.
Un diseño telescópicos, que provee mayor alcance en áreas que requieren cobertura,
como las ubicadas detrás de columnas, debajo de entrepisos o estanterías, en estaciones
de trabajo vecinas y en áreas o aperturas específicas.
Una característica de los puentes telescópico y voladizo son los rodillos de anti-descarrilamiento
que evitan la adherencia al puente, lo que asegura un movimiento suave. La distancia telescópica
puede alcanzar hasta casi la mitad del claro del puente principal.
2.19 VENTOSAS
Las ventosas tienen como función principal adherirse a los objetos que serán manipulados, es
decir alzados o movidos.
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61
En su mayoría las ventosas se componen de un cuerpo metálico (1), el cual está roscado en su
parte superior, y en su parte inferior está unido a una junta de caucho en forma de vaso (2), cuyos
labios (5) producen la estanqueidad cuando entran en contacto con la pieza (4) a sujetar. El vacío
(U) creado en el conducto (6) y en la cámara (3), hace que la pieza se adhiera a los labios de la
ventosa
Las ventosas más comunes y de las cuales se derivan sus variadas formas son:
Planas; son empleadas para manipular objetos planos y liso tales como láminas metálicas
y cristales (Figura 2.17 (a)).
Del fuelle; se emplean para manipular objetos deformables, como catón y plástico (Figura
2.17 (b)).
De rótula; con estas se manipulan objetos en planos inclinados, por tener la posibilidad de
girar su articulación en cualquier dirección (Figura 2.17 (c)).
Alargadas; o rectangular, y es empleada para manipular objetos con superficies curvas
(Figura 2.17 (d)).
Un aspecto muy importante de una ventosa es que su fuerza de sujeción depende esencialmente
de su diámetro y de la depresión aplicada; es decir que una ventosa se adhiere a una superficie
cuando la presión atmosférica es mayor que la presión entre la ventosa y la superficie del objeto.
Cuanto más baja es la presión, mayor es el vacío en la ventosa, lo que da como resultado una
fuerza de elevación mayor.
Las ventosas en su gran mayoría se construyen de tres materiales:
Perbunan, no deja huellas en piezas pulidas y de alto brillo.
Poliuretano, tiene una larga vida útil y proporciona un trato cuidadoso a las superficies a
sujetar por ser de un material blando.
Silicona, tiene una excelente resistencia a las temperaturas altas.
En aplicaciones industriales puede darse el caso de que una sola ventosa no sea suficiente (según
sus dimensiones y la depresión aplicada) para suspender a una carga que sea de gran tamaño y
peso, en estos casos, se recurre a la utilización simultánea de dos o más ventosas. Cada ventosa
empleada aportaría una contribución a la fuerza total que suspendería a la carga (Figura 2.18).
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62
Figura 2.17 Funcionamiento de una ventosa (Herramaq, 2007)
Figura 2.18 Ventosas más comunes en el mercado (Duraflex, 2007)
Figura 2.19 Carga a suspender de gran tamaño y peso para una sola ventosa (Duraflex, 2007)
Figura 2.20 Aumento del área de una ventosa (Duraflex, 2007)
(b) (c) (a) (d)
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63
Figura 2.21 Procedimiento para la sujeción de un objeto (Duraflex, 2007)
Figura 2.22 Cilindros adiamantados rectos y cónicos (Bierzoglas, 2007)
Las ventosas no deben estar expuestas innecesariamente a altos niveles de vacío. Con un aumento
del nivel de vacío desde -60 kPa hasta -90 kPa la fuerza aumenta desde un 20 hasta un 40%,
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64
mientras que la energía se acrecientan con un factor de 10. Puesto que la fuerza de elevación es
directamente proporcional al área de la ventosa, es mejor mantener un nivel de vacío bajo y
aumentar el área de la ventosa cuando se precisa más fuerza de elevación (Figura 2.19).
La fuerza de elevación puede ser perpendicular o paralela a la superficie a manipular. Cuando se
dimensiona una ventosa, es recomendable que siempre se multiplique el peso del objeto por un
factor mínimo de 2 para aumentar la seguridad, pero en caso de que los objetos se trasladen
rápidamente es recomendable multiplicar el peso del objeto por un factor mínimo de 2.5 cuando
se calcula el tamaño de la ventosa.
En un sistema se produce una fuga cuando una o más ventosas no entran en contacto con el
objeto que ha de ser manipulado. Esto se puede producir en las aplicaciones en las que el número,
la posición o el tamaño de los objetos que han de ser levantados varía. Habitualmente, se utiliza
una bomba grande para hacer frente a la fuga y mantener el nivel de vacío. Una mejor solución
sería utilizar rácores con válvulas.
El procedimiento para la elevación de un objeto con una ventosa utilizando rácores se lleva acabo
de la siguiente manera:
1. El aire evacuado por la bomba sólo puede circular a través de una pequeña abertura mejor
conocida como restricción, incluso si la ventosa no establece contacto con el objeto, la
fuga será mínima y el sistema no será afectado de forma importante.
2. Cuando la ventosa hace contacto con el objeto, el propio volumen de la ventosa debe ser
evacuado y se crea el vacío rápidamente.
3. Cuando el objeto es liberado, el aire abre la válvula de pestaña en el interior del rácor y
circula a través de una abertura mayor. De esta manera el objeto es liberado rápidamente
(observe la Figura 2.21 para ver este procedimiento gráficamente.).
2.21 CORTADORES
Los cortadores utilizados en la industria para el corte de vidrio son de punta de diamante o
carburo de tugsteno, por su gran durabilidad los primeros son los más factibles. Para realizar los
relieves en el cristal se hará el uso de los cilindros adiamantados. Estos se observaran en la Fig
MESA DE CORTE PARA VIDRIO DE 4GDL
65
2.22 VELOCIDAD DE CORTE
Se define como velocidad de corte la velocidad lineal de la periferia de una herramienta acoplada
a una máquina herramienta. Su elección viene determinada por el material de la herramienta, el
tipo de material a mecanizar y las características de la máquina. Una alta velocidad de corte
permite realizar el mecanizado en menos tiempo pero acelera el desgaste de la herramienta.
La velocidad de corte se expresa en metros/minuto. La velocidad adecuada de corte depende de
varios factores y en ningún caso se debe superar la que aconsejan los fabricantes de las
herramientas.
2.23 SITEMAS DE ALINEACIÓN
Un sistema fácil de usar para la alineación de ejes. Incluye funciones de pre-alineación, manejo
de archivos en memoria y transferencia de datos hacia una PC. Así como otras funciones de
mucha importancia como por ejemplo:
Alineación de ejes en máquinas horizontales y verticales
Manejo de archivos en memoria
Prueba de repetitividad
Compensación por crecimiento térmico
Los sistemas más desarrollados le facilitarán no solo la medida de la alineación sino también de
una forma intuitiva la corrección de la alineación de máquinaria al operario, desplegando valores
en tiempo real par guiar a este.
Los valores de la alineación pueden ser documentados mediante el uso de la impresora
Diversas aplicaciones están disponibles como: OL2R, alineación de rodillos, Vertical Shaft
Plumbing, Rectitud y plenitud y otras aplicaciones geométricas avanzadas.
MESA DE CORTE PARA VIDRIO DE 4GDL
66
2.24 SISTEMAS DE IMPULSIÓN
El sistema de impulsión proporciona al robot la capacidad para desplazar su cuerpo, brazo y
muñeca mediante cables, poleas, cadenas, engranajes, etc.
El sistema de impulsión determina la velocidad de los movimientos, la resistencia mecánica y su
rendimiento dinámico.
El sistema de impulsión determina la velocidad de los movimientos, la resistencia mecánica y su
rendimiento dinámico.
Su clasificación se realiza según el tipo de energía utilizado:
1. Impulsión hidráulica
2. Impulsión eléctrica
3. Impulsión neumática
Es importante señalar que no todos los elementos que forman el robot pueden tener el mismo tipo
de impulsión, es decir, están accionados por uno o varios de los tres tipos de impulsión.
2.25 IMPULSIÓN HIDRÁULICA
El sistema de impulsión hidráulica es en la que se utiliza un fluido, generalmente un tipo de
aceite, para que el robot pueda movilizar sus mecanismos.
La impulsión hidráulica se utiliza para robots grandes, los cuales presentan mayor velocidad y
mayor resistencia mecánica.
Permiten una gran capacidad de carga
Tiene una precisa regulación de velocidad
Se utiliza cuando el tamaño del equipo es muy grande
Los inconvenientes del sistema de impulsión hidráulica radican en que suelen añadir más
necesidades de espacio y en que un sistema hidráulica es propenso a fugas de aceite, lo que
MESA DE CORTE PARA VIDRIO DE 4GDL
67
resulta enojoso. Los sistemas de impulsión hidráulica pueden diseñarse para actuar sobre
articulaciones rotacionales o lineales. Se pueden emplear actuadores de paletas giratorios para
proporcionar movimiento de rotación y pueden utilizarse pistones hidráulicos para realizar un
movimiento lineal.
2.26 IMPULSIÓN ELÉCTRICA
Se le da el nombre de impulsión eléctrica cuando se usa la energía eléctrica para que el robot
ejecute sus movimientos.
La impulsión eléctrica se utiliza para robots de tamaño mediano, pues éstos no requieren de tanta
velocidad ni potencia como los robots diseñados para funcionar con impulsión hidráulica. Los
robots que usan la energía eléctrica se caracterizan por una mayor exactitud y repetibilidad.
Es la que más se utiliza, por su fácil control
La precisión de los movimientos es mayor que con otros sitemas
Los robots electricos tienden a ser más pequeños además de permitir un funcionamiento
con baterías
Utilizan generalmente motores paso a paso o servomotores de CC.
Estos motores son idóneos para el accionamiento de articulaciones rotacionales mediante
sistemas de engranajes y trenes impulsores adecuados. Los motores eléctricos pueden emplearse
también para accionar articulaciones lineales por medio de sistemas de poleas u otros
mecanismos de translación.
2.27 IMPULSIÓN NEUMÁTICA
En la impulsión neumática se comprime el aire abastecido por un compresor, el cual viaja a
través de mangueras.
Los robots pequeños están diseñados para funcionar por medio de la impulsión neumática debido
a que tienen menos grado de libertad (movimientos de dos a cuatro articulaciones).
Los robots que funcionan con impulsión neumática están limitados a simples operaciones de
tomar y situar ciertos elementos con ciclos rápidos.
MESA DE CORTE PARA VIDRIO DE 4GDL
68
Emplea el aire comprimido como fuente de energía
Los movimientos son rápidos pero de no mucha precisión.
Músculos eléctricos,
Aparecidos recientemente en el mercado
Se basan en un metal especial llamado Nitinol, sensible a la temperatura.
La potencia neumática puede adaptarse fácilmente a la actuación de dispositivos de pistón para
proporcionar un movimiento de translación de articulaciones deslizantes. También puede
emplearse para accionar actuadores giratorios para articulaciones rotacionales.
En un sistema neumático los receptores son los llamados actuadores neumáticos o elementos de
trabajo, cuya función es la de transformar la energía neumática del aire comprimido en trabajo
mecánico.
Los actuadores neumáticos se clasifican en dos grande grupos: Cilindros y Motores
Aunque el concepto de motor se emplea para designar a una máquina que transforma energía en
trabajo mecánico, en neumática solo se habla de un motor si es generado un movimiento de
rotación.
2.28 TIPOS DE MOTORES
Un motor eléctrico es esencialmente una máquina que convierte energía eléctrica en movimiento
o trabajo mecánico, a través de medios electromagnéticos. Debido a que son muchos y variados
los tipos de motores eléctricos, existen numerosas formas de catalogarlos. Nosotros los
clasificaremos por el numero de fases en su alimentación.
Un motor eléctrico opera primordialmente en base a dos principios: El de inducción, si un
conductor se mueve a través de un campo magnético o está situado en las proximidades de otro
conductor por el que circula una corriente de intensidad variable, se induce una corriente eléctrica
en el primer conductor y el otro es por el principio que André Amperé, en el que establece: que
si una corriente pasa a través de un conductor situado en el interior de un campo magnético, éste
ejerce una fuerza mecánica o f.e.m. (fuerza electromotriz), sobre el conductor.Los servomotores
MESA DE CORTE PARA VIDRIO DE 4GDL
69
algunas veces denominados motores de control, son motores especialmente diseñados y
construidos principalmente para su empleo en los sistemas de control regenerativo.
Siendo propio de todos ellos una gran velocidad de respuesta. Un Servomotor puede ser
accionado como un motor bifásico o como un motor con condensador permanente. Se mantiene
constante la tensión en la fase fija, mientras que es variada en la fase de control. Cuando la
tensión aplicada a la fase de control es cero, al tiempo que la fase fija es excitada, el
arrollamiento de la fase de control
Deberá estar en cortocircuito para mantener el motor en el arranque y funcionamiento
como un motor monofásico, en cuyo caso se le da un rápido desplazamiento valiéndose de
medios externos.
Los motores paso a paso son ideales para la construcción de mecanismos en donde se
requieren movimientos muy precisos. La característica principal de estos motores es el
hecho de poder moverlos un paso a la vez por cada pulso que se le aplique. Este paso
puede variar desde 90° hasta pequeños movimientos de tan solo 1.8°, e decir, que se
necesitarán 4 pasos en el primer caso (90°) y 200 para el segundo caso (1.8°), para
completar un giro completo de 360°. Si por el medio que sea, conseguimos excitar el
estator creando los polos N-S, y hacemos variar dicha excitación de modo que el campo
magnético formado efectúe un movimiento giratorio, la respuesta del rotor será seguir el
movimiento de dicho campo, produciéndose de este modo el giro del motor.
Motores
Eléctricos
Monofásico
Bifásico
Trifásico
Rotor devanado
Repulsión
Jaula de ardilla
Fase partida
Rotor devanado
Jaula de ardilla
Rotor devanado
Jaula de ardilla
Motores
Eléctricos
Monofásico
Bifásico
Trifásico
Rotor devanado
Repulsión
Jaula de ardilla
Fase partida
Rotor devanado
Jaula de ardilla
Rotor devanado
Jaula de ardilla
MESA DE CORTE PARA VIDRIO DE 4GDL
70
2.29 DURALUMINIO
El duraluminio es un metal plateado muy ligero. Su masa atómica es 26,9815 tiene un punto de
fusión aleado de 660 ºC, un punto de ebullición de 2467 ºC y una densidad relativa de 2,7. En un
medio oxidante, en particular en el aire, se cubre de una densa película de óxido que lo protege
contra la corrosión. Para aumentar su resistencia mecánica y sus cualidades de fundición es
aleado con otros metales. Entre los compuestos más importantes del aluminio están el óxido, el
hidróxido, el sulfato y el sulfato mixto. Entre las aleaciones del aluminio tienen la mayor
importancia el duraluminio y los alpaxes. Además del aluminio, forman parte del duraluminio de
3.4 a 4% de Cu, 0.5% de Mg, se admiten no más de 0.8% de Fe y 0.8% de Si El duraluminio se
deforma bien y por sus propiedades mecánicas es próximo a algunos surtidos del acero, aunque
es 2.7 veces más ligero que este metal (la densidad del duraluminio es de 2.85 g/cm3). Las
propiedades mecánicas de esta aleación se mejoran después de su tratamiento térmico y
deformación en estado frío. La resistencia a la rotura se eleva de entre 15 y 22 Kgf/mm2 a 36-42
Kgf/mm2 y la dureza aumenta de 50-60 Kgf/mm2 a 90-100 Kgf/mm2. Con ello el alargamiento
permanente de la aleación casi no varia y queda bastante alto (de 18 a 24%).
TABLA 2. 2 Especificaciones del duraluminio.
Material
Módulo de
Young
(1011N/m2)
Densidad
(103Kg/m3)
Velocidad del
Sonido
(m/s)
Resistencia a la
Fatiga
(107N/m2)
Máxima
Deformación
(10-3)
Aleación de Ti
(Ti-6Al-4V)
1,06
4,4
4900
72
6,8
Duraluminio
0,74
2,8
5130
19
2,6
Aluminio bronce
1,43
8,5
4070
37
2,6
Latón
0,89
8,4
3240
15
1,5
Acero de
Herramientas
2,2
7,8
5200
55
2,5
MESA DE CORTE PARA VIDRIO DE 4GDL
71
2.30 SUMARIO
El factor principal y limitante es el costo de la realización del proyecto.
Los elementos mostrados en esta sección, tienen el propósito de descubrir los accesorios a diseñar
debido a que muchas de estas partes no se fabrican en México y así sustituir estas por unas de
diseño propio o bien encontrar la manera de remplazarlas por otros componentes sin cambiar su
finalidad.
Los sistemas de impulsión que se utilicen para este caso en particular deberán de se el menos
costoso.
En esté capítulo se han dado a conocer los componentes habituales en una máquina de esta
naturaleza, además, se han proporcionado los elementos necesarios para comprender los
márgenes que sean establecido para el proyecto, con base a todo lo anterior, hemos delimitado
nuestras metas de diseño en él capitulo siguiente, donde se comienza con la elaboración de una
memoria de cálculo y posterior mente con los diseños en CAD y el control que deberá tener dicha
herramienta y sistema automatizado.
MESA DE CORTE PARA VIDRIO DE 4GDL
72
3
ANÁLISIS DE
CONSTRUCCIÓN
En este segmento, se desarrollará una memoria de
cálculo para la mesa de corte de vidrio de cuatro
grados de libertad. A partir de esto se diseñará y
seleccionaran algunos componentes del proyecto
teniendo como objetivo primordial el costo más bajo y
con la mejor calidad.
MESA DE CORTE PARA VIDRIO DE 4GDL
73
Los procesos que nuestro sistema automatizado requiere para el corte de vidrio son:
1. Descarga de materia prima
2. Almacenamiento y sistema de clasificación
3. Alimentador
4. Transportación
5. Corte de vidrio (proceso)
6. Sistema de tronzado de traveras y recolección de estas
Cada una de las etapas anteriores requiere de una máquina que complementa el proceso del corte
de vidrio. Comenzamos por definir las metas de diseño para establecer los diferentes tipos de
vidrios a cortar, características físicas, químicas y mecánicas.
3.1 TIPOS DE VIDRIO
Los tipos de vidrios utilizados en el proceso serán de diferentes grosores, colores formas y
tamños considerando que únicamente son de fines decorativos.
Los más comerciales se mencionan a continuación:
Vidrios incoloros, son los más usados en el mercado debido a su bajo costo.
Vidrios de catredral, utilizados en ventanas, vitrales de diversos colores, para embellecer
su arquitectura.
Vidrios barrocos, utilizados para artesanías o grandes diseños
Vidrios burbuja , utilizados en los baños
Vidrios opalecentes, utilizados en cualquier tipo de decorado,
Vidrios water glass, son utilizados en la decoración
Observe la figura 3.1 donde se muestran los diferentes vidrios empleados en este campo.
MESA DE CORTE PARA VIDRIO DE 4GDL
74
Figura 3.1 Tipos de vidrios para decorado ( 2007)
3.2 METAS DE DISEÑO
Las metas de diseño que se manejan son obtener una mesa que realice cortes en placas de vidrio
de diversos groses, tamaños y formas. Para este caso en específico se ha planteado una dimensión
máxima del cristal.
(a) Transparente suave
(b) Granito incoloro
(c) Riple onda incoloro
(d) Ambar mediano
(e) Rojo cerza liso
(f) Azul claro
(g) Negro
(h) Transparente
(i) Canela
(j) Transparente seedy
(k) Champagne seedy
(l) Azul cielo y blanco
MESA DE CORTE PARA VIDRIO DE 4GDL
75
1. Monito que se encarga de transportar la placa del cristal a la alimentadora
2. La alimentadora proporciona la materia prima a la mesa, a través de ventosas el cristal
cambia de una posición vertical a una horizontal para el corte. Las medidas máximas que
se emplean en la hoja de vidrio son de 1800mmx2600mmx1.9mm. El cristal a su vez se
mueve de esta máquina a la mesa por rodillos.
3. Se contara con tres sistemas de alineación
4. Introducción de datos a través de un teclado
5. La velocidad de corte será regulable
6. Movimiento automático del cabezal
7. Precisión en el corte para figuras irregulares
3.3 FUNDAMENTOS MECÁNICOS
Los elementos que se manejan dentro de este tema, son los componente mecánicos que se
requieren sean establecidos para el desarrollo físico de este proyecto. Serán analizados de
acuerdo a las etapas de nuestro proceso, para la transformación del vidrio.
Descarga de materia prima: En esta etapa las actividades comienzan desde que la
materia prima a transformar llega a la empresa, y es ahí donde el proveedor realiza la
descarga del material de manera semiautomática, esto se llevara a cabo de la siguiente
manera:
Primero el proveedor llegará con su camioneta a un lugar especifico dentro de la empresa,
donde realizara el depósito del vidrio de manera semiautomática, esto se debe a que el
polipasto encargado de transportar la materia prima al depósito, será movido por él
operador en cargado de dicha función, este a su vez tendrá la tarea de accionar el
“monito” (mecanismo sujetado al polipasto para el transporte del vidrio), para así evitar
un alto costo en el sistema de carga de material y evitar que el cristal se rompa o quiebre.
Observe la figura 3.2, en donde se muestra el monito y el polipasto, en el proceso.
MESA DE CORTE PARA VIDRIO DE 4GDL
76
Figura 3.2 Polipasto y “monito” para la descarga de la materia prima (Elaboración propia,2007)
Figura 3.3 Almacén y sistema de clasificación (R. MEYERS, 2003)
MESA DE CORTE PARA VIDRIO DE 4GDL
77
Figura 3.4 Bosquejo de un alimentador de vidrio (Elaboración propia,2007)
Almacenamiento y sistema de clasificación: Es en este ciclo el material es acomodado,
por grosores y tamaños, para que no ocurra algún contratiempo en la búsqueda de material
y la producción sea eficiente, obsérvese figura 3.3.
Alimentador: El alimentador que se utilizara para este caso en particular será uno vertical
que estará en la parte lateral del la mesa de corte. Funcionará, a través de motores,
sensores, ventosas y rodillos. Vea figura 3.4.
Transporte: El desplazamiento, que se utilizara entre el almacén y la mesa de corte
será por medio de rodillos. Esto se aprecia en la figura 3.5
Rayado de vidrio: Este proceso se realizara por medio de desplazamientos
longitudinales, transversales y la combinación de ambos para obtener circunferencias.
Sistema de tronzado de traveras y su recolección: En esta parte los residuos, son
retirados del producto final. Preste atención la figura 3.6 para reconocer una tronzadora.
M
Ventosas
Motor
Vidrio
Trayectorias
MESA DE CORTE PARA VIDRIO DE 4GDL
78
Figura 3.5 Alimentadora de vidrio (Elaboración propia, 2007)
Figura 3.6 Alimentadora de vidrio (Elaboración propia, 2007)
MESA DE CORTE PARA VIDRIO DE 4GDL
79
Figura 3.7 Rosca ACME (Elaboración propia, 2007)
Limpieza: Se dará en otro lugar y se realizara manualmente.
Empaquetado del producto terminado: Es la etapa final del proceso, donde se lleva el
producto terminado de manera manual a un almacén.
3.4 CÁLCULOS MECÁNICOS
Para este caso en particular, se realiza un análisis de resistencia de materiales debido a que los
husillos transmiten el movimiento longitudinal y transversal. Razón por la cual, se analiza este
elemento mecánico como una viga simplemente apoyada en los extremos y se comprueba que su
deflexión máxima, no exceda de lo establecido por las normas ASME.
Cabe mencionar que la cuerda a utilizar en el husillo será una rosca ACME, debido a las
características, que el diseño requiere. Observe la figura 3.7 para reconocer la forma y
particularidades del diseño de dicho elemento.
3.5 CÁLCULO DEL HUSILLO EN EL EJE LONGITUDINAL
Se considera que el desplazamiento en el eje “X” es longitudinal.
MESA DE CORTE PARA VIDRIO DE 4GDL
80
Figura 3.8 Diagrama de Cuerpo Libre (DCL) del tornillo de potencia longitudinal (Elaboración propia, 2007)
El cálculo realizado para este componente debe de tener como base el diámetro mínimo
(diámetro raíz) del husillo, para posteriormente elegir de tablas datos que completaran las
características de dicho dispositivo y así su fabricación.
3.6 ANÁLISIS POR RESISTENCIA
El material a utilizar para este elemento mecánico será el acero rolado en caliente (AISI 1117).
Su densidad es de ρ = 7860 Kg
/m3
y su modulo de elasticidad es de E = 200 GPa.
El cálculo del peso de la viga, se muestra a continuación.
Ld
Vol4
2
(3.1)
3
4
06178804.02
Vol
(3.2)
33109953.8 mVol (3.3)
Vol
m
(3.4)
Volm (3.5)
Kgm 7030.70109953.87860 3 (3.6)
mgW (3.7)
NW 5969.69381.97030.70 (3.8)
MESA DE CORTE PARA VIDRIO DE 4GDL
81
El momento de inercia de este componente es el siguiente:
4
4rI
(3.9)
4
03089402.04
I
(3.10)
47101546.7 mI
La deflexión máxima, que se muestra abajo cumple con los requerimientos establecidos por la
norma ASME.
EI
WLY
384
5 4
max
(3.11)
79
4
max101546.710200384
35969.6935
Y
(3.12)
3
max 1011.5 Y (3.13)
La deformación permisible para ejes en rotación establecida en las Normas ASME es de 1/16 por
cada pie de longitud. Para este eje en particular la deflexión máxima admitida por ASME es de
15.6 mm y la calculada es 0.615pulg, por lo tanto este cálculo se aprueba.
La deflexión obtenida en la sección anterior es de solo 1/3 de la deformación máxima admitida,
entonces se procede a tomar datos de la Tabla 3.1 para cuerda tipo ACME
TABLA 3. 1 Rosca para tornillos Acme que se prefieren
Diámetro mayor
nominal D (in)
Hilos por
pulgada
Paso P
P = in
Diámetro
mínimo (in)
Diámetro de
paso mínimo
Área de torsión por
esfuerzo de fatiga
(in2)
Área de torsión por
esfuerzo de corte (in2)
2 ½ 3 0.333 2.1065 2.2939 3.802 4.075
1 4 0.2000 1.1965 1.3429 1.266 2.341
*NOTA: cuando se utiliza un solo hilo en la cuerda: NPL /1 Donde: N= Número de hilos L = Longitud de avance. = 0.333 γ = Ángulo de avance= 2.6°
MESA DE CORTE PARA VIDRIO DE 4GDL
82
D = 2.5 “
10 “
10 “
Figura 3.9 Plano de tuerca para el movimiento longitudinal (Elaboración propia, 2007)
3.7 CÁLCULO DE UNA ROSCA ACME
2
P
(3.14)
"165.02
333.0
2
P
(3.15)
005.03707.0 PFe (3.16)
005.0333.03707.0 Fe (3.17)
"132331.0Fe (3.18)
La velocidad lineal promedio que se maneja para el corte de vidrio es de s
mV 27.0
CÁLCULO DE LA TUERCA DEL EJE LONGITUDINAL
El material que se utilizara para la tuerca será Bronce fosforado con una densidad de ρ = 8200 Kg
/m3
)0762.0)(254.0)(254.0( mmmVol (3.19)
331091.4 mxVol (3.20)
MESA DE CORTE PARA VIDRIO DE 4GDL
83
Vol
m
(3.21)
Volm (3.23)
)1091.4)(/8200( 333 mxmkgm (3.24)
kgm 81.40 (3.25)
mgPeso (3.26)
)81.40)(/81.9( 2smPeso (3.27)
NPeso 46.395 (3.28)
3.8 CÁLCULO DEL HUSILLO EN EL EJE TRANSVERSAL
Se considera que el desplazamiento en el eje “Y” es transversal. El proceso que se muestra a
continuación es idéntico al cálculo del eje longitudinal.
El material a utilizar para este elemento mecánico es acero rolado en caliente (AISI 1117). Su
densidad es de ρ = 7860 Kg
/m3
y su modulo de elasticidad es de E = 200 GPa.
De acuerdo a las ecuaciones 3.1, 3.5, 3.7, 3.9 y 3.11 se obtuvieron los siguientes tatos.
1.2
4
0303911.02
Vol
(3.29)
3310523.1 mVol (3.30)
310523.17860 m (3.31)
Kgm 57.11 (3.32)
81.957.11W (3.33)
NW 433.117 (3.34)
4
01519555.04
I
(3.35)
48101875.4 mI (3.36)
89
4
max101875.410200384
1.2433.1175
Y
(3.37)
MESA DE CORTE PARA VIDRIO DE 4GDL
84
mmY 55.3max
(3.38)
Figura 3.10 DCL del tornillo de potencia transversal (Elaboración propia, 2007)
D = 1.5 “
6 “
6 “
Figura 3.10 Plano de tuerca para el movimiento transversal (Elaboración propia, 2007)
La deformación permisible para ejes en rotación establecida en las Normas ASME es de 1/16 por
cada pie de longitud. Para este eje en particular la deflexión máxima admitida por ASME es de
10.9 mm y la calculada es 0.430pulg por lo tanto este cálculo se aprueba.
La deflexión obtenida en la sección anterior es de solo 1/3 de la deformación máxima admitida,
entonces se procede a tomar datos de la Tabla 3.2 para cuerda tipo ACME
*NOTA: cuando se utiliza un solo hilo en la cuerda: NPL /1 Donde: N= Número de hilos L = Longitud de avance. = 0.25 γ = Ángulo de avance= 3.3°
3.9 CÁLCULO DE LA TUERCA DEL EJE TRANSVERSAL
De acuerdo a las ecuaciones 3.14, 3.16, 3.19, 3.23 y 3.26 se obtuvieron los siguientes tatos.
MESA DE CORTE PARA VIDRIO DE 4GDL
85
"125.02
25.0
2
P
(3.39)
005.025.03707.0Fe (3.40)
"097675.0Fe (3.41)
)0381.0)(1524.0)(1524.0( mmmVol (3.42)
341084.8 mxVol (3.43)
)1084.8)(/8200( 343 mxmkgm (3.44)
kgm 25.7 (3.45)
)25.7)(/81.9( 2 kgsmPeso (3.46)
NPeso 18.71 (3.47)
Las normas ASME establecen que cada pie de longitud admite 0.08° de deflexión para ejes con torsión.
Para el husillo mayor la deflexión es de 0.7874m, el momento y los Hp requeridos para este son los
siguientes:
Hp
L
dM t
584
1012 46
(3.48)
63025
200078.2191
63025
nMM t
t
(3.49)
HpM t 5.69 (3.50)
11.118584
210127874.046
M
(3.51)
inlbM 78.2191 (3.52)
63025
nMHp t
(3.53)
63025
200078.2191Hp
(3.54)
5.69Hp (3.55)
Las normas ASME establecen que cada pie de longitud admite 0.08° de deflexión para ejes con torsión.
MESA DE CORTE PARA VIDRIO DE 4GDL
86
Para el husillo menor la deflexión es de 0.5511m, el momento y los Hp requeridos para este Se obtienen
con las ecuaciones 3.48 y 3.53
Figura 3.11 DCL para el balero (Elaboración propia, 2007)
67.82584
110125511.046
tM
(3.56)
inlbM t 98.136
(3.57)
63025
260098.136Hp
(3.58)
HpHp 65.5 (3.59)
3.10 CÁLCULO DE BALEROS
El cálculo se inicia con el husillo en Y, el cual va a tener una fuerza de empuje P, los datos con los que se
cuentan antes de realizar este cálculo son los siguientes:
W = 124.29 N
m = 12.66 Kg
μ = 0.15
Tuerca = 94.86 N = 9.67 Kg
Peso estimado de carga = 3 Kg = 29.43 N
Aplicando la primera ley de Newton
MESA DE CORTE PARA VIDRIO DE 4GDL
87
NNWFy 29.124 (3.60)
FrFFx
(3.61)
6435.1829.12415.0 Fr (3.62)
Figura 3.12 DCL de fuerza axial sobre el husillo (Elaboración propia, 2007)
La fuerza radal NRbRa 65.61
Aplicando la segunda ley de Newton
maFrF (3.63)
FrmaF (3.64)
27.066.1 F (3.65)
NF 06.22 (3.66)
Fuerza de empuje necesaria para mover la tuerca en el eje Y (Fuerza axial)
TABLA 3. 2 Tabla de baleros (catálogo FSK, 2006)
Dimensiones Principales
Capacidad de carga Velocidad
de
referencia
Velocidad
limite Masa
Designación
Dinámica Estática Limite de fatiga
MESA DE CORTE PARA VIDRIO DE 4GDL
88
d
D B C Co Pu
25 47 8 8.6 4.75 0.212 3200 2000 0.06 1605
NFr
NFa
65.61
06.22
yFrxFaP (3.67)
3.0Fr
Fa
(3.68)
3109.3 Co
Fa
(3.69)
eFr
Fa
(3.70)
De tablas SKF 22.0e y los valores 256.0 yx
ASME permita 1/16 pulg. en la deformación por cada pie de longitud
CALCULO DE VENTOSAS
Teniendo una bomba de 760 barr se desea tomar un cristal de 437.5 kg. = 4291.875 N si la
ventosa tiene un diámetro de 300 mm.
APF * (3.71)
1 barr = 1.02 kgf / cm2
P = 760 barr * 1.2 kgf / cm2
P = 775.2 kgf / cm2
)10/1(*300 mmcmmmD (3.72)
cmD 30 (3.73)
2)2/DA (3.74)
2)2/30A (3.75)
21239.47 cmA (3.76)
F = 775.2 kgf / cm2 * 47.1239 cm
2 (3.77)
MESA DE CORTE PARA VIDRIO DE 4GDL
89
F = 36530.44728 kgf (3.78)
1 kgf = 9.8 N (3.79)
F = 36530.44728 kgf * 9.8 N / kgf (3.80)
F = 357.9983 N (3.81)
Contemplando lo anterior se utilizara un equipo de ventosas como se muestra en la Tabla 3.3 para
el alimentador automático y para el transporte del vidrio al almacén se utilizara un arreglo de 3 x
3 de equipo de ventosas.
TABLA 3. 3 Ventosas a usar (HERRMAQ, 2007).
CÁLCULOS DE LA MESA DE CORTE DE VIDRIO
DATOS CON RESPECTO AL VIDRIO
NP 875.42911 (3.82)
2
FRA
(3.83)
2
875.4291RA
(3.84)
NRA 94.2145 (3.85)
2
FRB
(3.86)
2
875.4291RB
(3.87)
Equipo de
Ventosas
Ventosa Grúa 12-300mm Giratoria, Basculante, Extensible, 2
Circuitos.
Ventosa con brazos extensibles diseñada para grandes piezas y
operar en
talleres y obras en el movimiento horizontal, vertical y giratorio
de piezas diversas.
MESA DE CORTE PARA VIDRIO DE 4GDL
90
NRB 94.2145 (3.88)
4
FLM
(3.89)
4
3875.4291M
(3.90)
NmM 91.3218
(3.91)
Figura 3.13 Diagrama de cuerpo libre.
Figura 3.14 Diagrama de esfuerzos cortantes.
Figura 3.15 Diagrama de momentos flexionantes.
MESA DE CORTE PARA VIDRIO DE 4GDL
91
DATOS CON RESPECTO AL CORTADOR
P1 = 98.1 N
P2 = 98.1 N
P3 = 98.1 N
3
5.125.13 PPRA
(3.83)
3
5.11.985.11.98 RA
(3.84)
1.98RA (3.85)
3
5.125.13 PPRB
(3.87)
3
5.11.985.11.98 RB
(3.88)
1.98RB
4
FLM
(3.89)
4
3875.984291M
(3.90)
NmM 91.3218
(3.91)
Las velocidades de arrastre para los husillos mayor y el menor se muestra a continuación
respectivamente
rpms
m
rev
s
mV 89.1914
min1
60
00845.0
127.0
rpms
m
rev
s
mV 18.2551
min1
60
00635.0
127.0
MESA DE CORTE PARA VIDRIO DE 4GDL
92
Figura 3.6 Diagrama de cuerpo libre.
Figura 3.7 Diagrama de esfuerzos cortantes
MESA DE CORTE PARA VIDRIO DE 4GDL
93
Figura 3.8 Diagrama de momentos flexionantes
3.11 SUMARIO
En este segmento de la tesis se colocaron todos los recursos necesarios para poder realizar este
proyecto, se realizaron tanto como los cálculos, teoría de la programación y diagramas, catálogos,
etc., para poder elegir lo que se necesita. Este capítulo de la tesis es el mas laborioso y difícil ya
que se necesitan tener los conocimientos necesarios para poderlo elaborar, y si no se tienen se
tiene que encontrar la manera de localizarlos ya que son indispensables para la elaboración; al
igual que el andar buscando los catálogos de la piezas que ya son normalizadas y no fallar con lo
que dice la norma, aparte de que es una manera de hacer esto mas sencillo y no mandar a hacer
las piezas que se calcularon, así al seleccionarlas se ahorra
algo de tiempo.
MESA DE CORTE PARA VIDRIO DE 4GDL
94
4 COSTOS
Todo proyecto conlleva un análisis completo desde su
concepción, hasta la implementación del mismo en un
ámbito laboral. Este segmento aborda el estudio preciso
para determinar, las variantes económicas que el diseño
presenta, para que de esta manera se determine si es o no
factible su implementación.
MESA DE CORTE PARA VIDRIO DE 4GDL
95
El crear sistemas capaces de proporcionar bienes y servicios los cuales satisfacen las necesidades
humanas, corresponde a la ingeniería. La importancia de estas obras de ingeniería no solo se
estima en función a la eficiencia técnica de los sistemas que crea, sino también con base en su
eficiencia económica, expresada en función de los costos incurridos y de los valores o beneficios
alcanzados.
La mayoría de las veces que se emprende una tarea, existen varias alternativas para llevarla a
cabo. En una situación de negocios o en la vida personal, la mayor parte de la información sobre
cada alternativa puede expresarse cuantitativamente en función de ingresos y desembolsos de
dinero. Cuando se requieran inversiones de capital para equipos, materiales y mano de obra a fin
de llevar a cabo dichas alternativas y se involucra alguna clase de actividad de ingeniería, la
evaluación y formulación de proyectos puede utilizarse para ayudar a determinar cual es la mejor
de ellas.
Cualquier actividad que va a llevarse a cabo requiere de varios elementos para su realización. En
una actividad consiente se sacrifica algún insumo con un cierto valor, con la finalidad de obtener
un producto con mayor valor. El éxito de un producto se determina considerando la relación entre
el insumo y el producto a lo largo del tiempo.
Muchas compañías manufactureras han apostado por mejorar sus sistemas de producción, con la
visión de aumentar su producción y mejorar la calidad de sus productos, sin embargo, otras
continúan trabajando con sistemas de producción casi artesanales lo que ocasiona con el tiempo
una pérdida de mercado que las lleva finalmente a la quiebra.
La decisión de tomar el camino de la mejora tecnológica o el camino de la producción artesanal,
depende en gran medida de los costos de diseño, instalación, operación y mantenimiento de los
nuevos sistemas, así como del tiempo de recuperación de la inversión hecha para mejorar estos
sistemas.
Por eso es importante considerar muchos aspectos que intervienen dentro del proceso de
producción para saber cuales son los puntos críticos y poder atacarlo directamente y sobre todo
MESA DE CORTE PARA VIDRIO DE 4GDL
96
saber si esta nueva tecnología propuesta realmente representara una ventaja sobre el medio de
producción actual.
4.1 ESTUDIO ECONÓMICO
Considerando que un proyecto se entiende como el proceso de búsqueda y hallazgo de una
solución inteligente al surgimiento de un problema, con la finalidad de resolver una de muchas
necesidades de diversos tipos, es preciso entender que tal acción debe tomarse como una base de
decisión que justifique la funcionalidad del proyecto, ya que la limitación de los recursos
existentes fuerza a dirigirlos al mejor aprovechamiento.
Dicha funcionalidad del proyecto (económica y/o social) corresponde a estimar las ventajas y
desventajas de invertir recursos para su realización, asegurando la mayor producción de dichos
recursos.
A partir de esto, el análisis económico es el que determina que tan conveniente es desde el punto
de vista monetario la implementación de este sistema, es decir, la rentabilidad del proyecto.
4.2 ANÁLISIS DE COSTOS
Es necesario definir el costo de venta del sistema que se está desarrollando, y a partir de éste, en
base a comparaciones con los costos en el mercado del mismo producto, determinar la
factibilidad de llevarlo a cabo de manera física.
Para la definición del precio de venta es necesario hacer uso de ciertos procedimientos
establecidos en materia de contabilidad de costos. De esta forma tenemos que el precio de venta
de un producto está definido por el resultado del costo de producción más la utilidad que se
recibirá por la venta de dicho producto. Además es importante considerar que el costo de
producción se compone principalmente de tres elementos los cuales son:
Mano de obra directa
Costo de materiales directo
Gastos de fabricación
MESA DE CORTE PARA VIDRIO DE 4GDL
97
Con estos tres elementos podemos definir a los costos de producción como los que se generan en
el proceso de transformar la materia prima en productos terminados: materia prima (costo de los
materiales integrados al producto), mano de obra (que interviene directamente en la
transformación del producto) y gastos de fabricación indirectos (intervienen en la transformación
del producto, con excepción de la materia prima y la mano de obra directa). [5.1]
Mano de obra directa
La mano de obra se entiende como un servicio que se presta con la misión de transformar la
materia prima en una pieza, en una parte que integra un producto o en el producto final.
La diferencia existente entre la mano de obra y los materiales y suministros radica en que la mano
de obra no puede ser almacenada, además de que muy a pesar de ser parte vital en la concepción
del producto terminado, no se convierte en forma demostrable o tangible, en parte de este.
Costo de materiales directo
Se entiende por materiales directos a aquellos que forman parte del producto terminado, y en base
a esto se deslinda que el costo de los materiales directos representa el desembolso que se realiza
para la adquisición de la materia prima que se va a necesitar para llevar a cabo la implementación
del proyecto.
Es necesario aclarar que para efectos de este análisis económico se entiende por materia prima a
cada elemento, pieza o materia bruta que se requiere para integrar las partes que constituyen el
diseño.
Gastos de fabricación
Se entiende este elemento como el más complejo de los tres, ya que en general incluye todos los
gastos indirectos necesarios para el funcionamiento de una estructura fabril, los cuáles no pueden
asignarse de manera directa a la reducción.
Dentro de los costos de fabricación, se encuentran incluidos cuatro elementos, los cuales son:
MESA DE CORTE PARA VIDRIO DE 4GDL
98
Gastos administrativos: representan los gastos que se dan por concepto de pago al
personal que labora en oficina y que no participa de manera directa en el desarrollo del
producto.
Gastos de venta: se estiman en base al desembolso que se hace por concepto de
comercialización del producto, así como el pago de salario al o los agentes de ventas.
Financiamiento: estos son los que se derivan del concepto de pago de intereses a la
persona física o moral que hace la inversión o el préstamo para llevar a cabo el desarrollo
del proyecto. Aquí cabe hacer mención que para efectos del desarrollo de este proyecto se
considera el autosustento del mismo.
Gastos indirectos de fabricación: son aquellos que se generan por concepto de oficina,
personal que no influye de manera directa en el diseño, desarrollo e implementación del
proyecto. Estos gastos indirectos se componen de los gastos generados por concepto de
seguridad e higiene de la planta, mantenimiento de maquinaria, depreciación de
herramienta, así como los sueldos necesarios para el supervisor que desempeña la función
de aseguramiento de la calidad en el desarrollo de actividades productivas
4.3 CAPACIDAD DE PRODUCCIÓN
La capacidad de producción de los recursos económicos con los que se cuenten para desarrollar el
proyecto y las necesidades del mercado, por ello es que la mesa de corte para manufacturar el
vidrio, oscila entre 50 y 100 cristales diarios, esto varia de acuerdo al tamaño, materia prima y
tipos de corte o relieve que se lleven a cabo durante el proceso de manufactura. Figura 4.8
De acuerdo a las necesidades de los clientes los cortes sencillos, es decir, lineales y curvos
tendrán una capacidad de producción aproximada de 200 a 400, esto implica que también debe de
considerarse el grosor y tamaño de la placa de materia prima.
MESA DE CORTE PARA VIDRIO DE 4GDL
99
4.4 COTIZACIONES
Una vez definidos los conceptos que se deben considerar para determinar el precio de venta de un
producto, el paso siguiente es realizar las cotizaciones pertinentes que envuelven a todo el
proyecto.
Estas cotizaciones se dan en base a la obtención de información actualizada y es preciso
mencionar que con el paso del tiempo variarán en función a la situación económica del país.
Cotización de la materia prima: Debido a que la materia prima estará integrada por todos
los componentes de tipo tangible que tengan que ser adquiridos para este proyecto, se
hace la división pertinente de los componentes de la siguiente manera:
Componentes de tipo mecánico: • Componentes de tipo eléctrico y electrónico
A partir de esta clasificación se procede a establecer los precios para cada uno de los
componentes, siendo necesario aclarar que dichos precios han sido proporcionados por
proveedores, vendedores y empresas distintas.
La parte mecánica del proyecto se divide en mecanismos que a su vez está integrados por más
elementos, así que el estudio de costos de los componentes mecánicos se hace de manera
seccionada según los mecanismos.
MESA DE CORTE PARA VIDRIO DE 4GDL
100
Movimiento Longitudinal
TABLA 4. 1 Costo de la transmisión del movimiento longitudinal.
Cantidad Descripción Precio x unidad Importe (pesos)
2 Soporte de pie $ 100.00
$ 200.00
1 Husillo ACME 3 hilos x plg.
long. 3000 m. Φ 63.5 mm
$ 1500.00
$ 1500.00
2 Guia Lineal EPR
long.3000mmm
$ 250.00
$ 500.00
1 Tuerca de Bronce
60 x 60 x 30 mm
$ 300.00
$ 300.00
2 Carro de desplazamiento en la
guia
$ 100.00
$ 200.00
2 Ejes de ¼ plg 1000 mm $ 50.00
$ 100.00
2 Rodillos de Bolas $ 300.00
$ 600.00
Total $ 3400.00
Movimiento Transversal
TABLA 4. 2 Costo de la transmisión del movimiento transversal.
Cantidad Descripción Precio x unidad Importe (pesos)
1 Husillo ACME 4 hilos x plg.
long. 2100 m Φ 38.1 mm
$ 1000.00
$ 1000.00
1 Tuerca de Bronce
30 x 30 x 15 mm
$ 200.00
$ 200.00
2 Perfil cuadrado 150 x 50 mm $ 20.00
$ 40.00
4 Eje de ¼ plg 2100 mm $ 30.00
$ 120.00
2 Rodillos de Bolas $ 200.00
$ 400.00
Total $ 1760.00
MESA DE CORTE PARA VIDRIO DE 4GDL
101
Cabezal
TABLA 4. 3 Costo de la transmisión del movimiento del herramental.
Cantidad Descripción Precio x unidad Importe (pesos)
1 Husillo $ 800.00
$ 800.00
1 Tuerca $ 150.00
$ 150.00
2 Cojinetes Lisos $ 200.00
$ 400.00
1 Broca de Corona de Diamante
3 mm
$ 5000.00
$ 5000.00
Total $ 6350.00
Mesa
TABLA 4. 4 Costo del movimiento del vidrio colocado en la mesa.
Cantidad Descripción Precio x unidad Importe (pesos)
1 Banda Transportadora $ 3500.00
$ 3500.00
4 Perfil Cuadrado 50 x 30 mm $ 15.00
$ 60.00
4 Poleas $ 60.00
$ 240.00
Total $ 3800.00
Ya que se han llevado a cabo las cotizaciones de los componentes mecánicos que integran el
proyecto se determina el monto total correspondiente a esta parte.
TABLA 4. 5 Costo total de los elementos mecánicos.
Concepto Importe (en pesos)
Movimiento Longitudinal $ 3400.00
Movimiento Transversal $ 1760.00
Movimiento del Herramental $ 6350.00
Mesa $ 3800.00
Total $ 15 310.00
MESA DE CORTE PARA VIDRIO DE 4GDL
102
A continuación se establecen el costo de material eléctrico para finalizar con los costos de
materiales directos.
TABLA 4. 6 Costo de los elementos eléctricos.
Cantidad Descripción Precio x unidad Importe (pesos)
1 Motorreductor 2000 rpm
50 Hp
$ 4800.00
$ 4800.00
1 Motorreductor 1500 rpm $ 4000.00
$ 4000.00
1 Motorreductor 900 rpm $ 3250.00
$ 3250.00
1 Servomotor $ 835.00
$ 835.00
Total $ 12885.00
Así tenemos expresados los costos totales de materia prima en la tabla siguiente:
TABLA 4. 7 Costo de todos los elementos que componen la mesa.
Concepto Importe (en pesos)
Elementos Mecánicos $ 15310.00
Elementos Eléctricos $ 12885.00
Total $ 28195.00
A este resultado se le sumaran otros elementos como tornillos, rondanas, tuercas, soldadura, etc.
que dan un costo de alrededor de $ 1000.00
Nota: También cabe mencionar que en este proyecto no se elaboro el sofware para la maquina, si se le agrega el costo de éste saldría en $
50,000.00 mas de lo ya mencionado
4.5 RUTA CRÍTICA
A continuación, se describe el proceso correspondiente para la elaboración del Husillo
Longitudinal.
MESA DE CORTE PARA VIDRIO DE 4GDL
103
TABLA 4. 8 Descripción del proceso para el maquinado del husillo longitudinal.
CLAVE DESCRIPCION
A Investigación de transmisiones de potencia
B Selección de la transmisión
C Investigación de mercado
D Diseño de la transmisión
E Elaboración de planos
F Obtención de la materia prima
G Manufactura de materia prima
H Control de calidad
I Análisis económico
J Informe final
Matriz de secuencias
Existen dos procedimientos para conocer la secuencia de las actividades:
a) Por antecedentes
b) Por secuencias
En el primer caso se preguntará a los responsables de los procesos cuales actividades deben
quedar terminadas para ejecutar cada una de las que aparecen en la lista. Debe cuidarse que todas
y cada una de las actividades tenga cuando menos un antecedente. En el caso de ser iniciales, la
actividad antecedente será cero.
En el segundo procedimiento se preguntará a los responsables de la ejecución, cuales actividades
deben hacerse al terminar cada una de las que aparecen en la lista de actividades. Para este efecto
se debe presentar la matriz de secuencias iniciando con la actividad cero que servirá para indicar
solamente el punto de partida de las demás.
TABLA 4. 9 Matriz de secuencias del proceso de la base
ACTIVIDAD SECUENCIA
0 A
A B
MESA DE CORTE PARA VIDRIO DE 4GDL
104
B C
C D
D E,F
E G
F H, I, J
Matriz de tiempos
Mediante esta matriz conocemos el tiempo de duración de cada actividad del proyecto. El método
de la ruta crítica utiliza únicamente un tipo de estimación de duración, basada en la experiencia
obtenida con anterioridad mediante una actividad X. Para asignar el tiempo de duración de una
actividad debemos basarnos en la manera más eficiente para terminarla de acuerdo con los
recursos disponibles. Tanto la matriz de Secuencias como la matriz de Tiempos se reúnen en una
sola llamada matriz de información, que sirve para construir la Red Medida.
TABLA 4. 10 Matriz de tiempos
ACTIVIDAD TIEMPO (En días)
A 1
B 2
C 1
D 5
E 1
F 1
G 1
H 1
I 1
J 1
TABLA 4. 11 Matriz de información
ACTIVIDAD SECUENCIA DURACIÓN
0 A 1
A B 2
MESA DE CORTE PARA VIDRIO DE 4GDL
105
B C 1
C D 5
D E,F 1
E G 1
F H, I, J 2
Total 13 Días
El siguiente dibujo muestra la ruta crítica de acuerdo a los días, y para el caso de la base, se
requirieron de trece días, con una holgura de aproximadamente dos días.
Figura 4.1 Ruta Crítica para la fabricación del husillo longitudinal.
Ya elegido y maquinado el husillo longitudinal se procede a maquinar la turca que dara
movimiento al herramental.
TABLA 4. 12 Descripción del proceso para la elaboración de la tuerca.
CLAVE DESCRIPCION
A Investigación del material para tuercas
B Selección del material
C Investigación de mercado
D Diseño de la tuerca
E Elaboración de planos
MESA DE CORTE PARA VIDRIO DE 4GDL
106
F Obtención de la materia prima
G Manufactura de materia prima
H Control de calidad
I Análisis económico
J Informe final
Matriz de secuencias
Existen dos procedimientos para conocer la secuencia de las actividades:
a) Por antecedentes
b) Por secuencias
En el primer caso se preguntará a los responsables de los procesos cuales actividades deben
quedar terminadas para ejecutar cada una de las que aparecen en la lista. Debe cuidarse que todas
y cada una de las actividades tenga cuando menos un antecedente. En el caso de ser iniciales, la
actividad antecedente será cero.
En el segundo procedimiento se preguntará a los responsables de la ejecución, cuales actividades
deben hacerse al terminar cada una de las que aparecen en la lista de actividades. Para este efecto
se debe presentar la matriz de secuencias iniciando con la actividad cero que servirá para indicar
solamente el punto de partida de las demás.
TABLA 4. 13 Matriz de secuencia del proceso del husillo longitudinal.
ACTIVIDAD SECUENCIA
0 A
A B
B C
C D
D E,F
E G
F H, I, J
MESA DE CORTE PARA VIDRIO DE 4GDL
107
Matriz de tiempos
Mediante esta matriz conocemos el tiempo de duración de cada actividad del proyecto. El método
de la ruta crítica utiliza únicamente un tipo de estimación de duración, basada en la experiencia
obtenida con anterioridad mediante una actividad X. Para asignar el tiempo de duración de una
actividad debemos basarnos en la manera más eficiente para terminarla de acuerdo con los
recursos disponibles. Tanto la matriz de Secuencias como la matriz de Tiempos se reúnen en una
sola llamada matriz de información, que sirve para construir la Red Medida.
TABLA 4. 14 Matriz de tiempos
ACTIVIDAD TIEMPO (En días)
A 1
B 2
C 1
D 5
E 1
F 1
G 1
H 1
I 1
J 1
TABLA 4. 15 Matriz de información.
ACTIVIDAD SECUENCIA DURACIÓN
0 A 1
A B 2
B C 1
C D 5
D E,F 1
E G 1
F H, I, J 2
Total 13 Días
MESA DE CORTE PARA VIDRIO DE 4GDL
108
El siguiente dibujo muestra la ruta crítica de acuerdo a los días, y para el caso de la base, se
requirieron de trece días, con una holgura de aproximadamente dos días.
Figura 4.2 Ruta crítica para la tuerca.
En base a este costo de producción, se proporciona la siguiente tabla de comparación con los
precios establecidos en el mercado por parte de otras 2 empresas.
TABLA 4. 16 Comparación de costos.
Empresa Costo (en pesos)
Bystronic $ 1,000,000.00
Liser $ 800,000.00
Proyecto de ESIME $ 80,000.00
4.6 SUMARIO
Por tanto se establece que el proyecto tiene factibilidad económica para ser implementado, ya que
es considerablemente más barato que los productos ofertados por la competencia. Y de esta
manera lo hace ver más viable en varios aspectos. El realizar una serie de cotizaciones y
encontrar que los costos de algunos componentes son en relación más caros unos con otros, lleva
a concluir que en un estudio de costos se encuentra la utilidad de la toma de decisiones en base a
calidad y precio de las diversas opciones. El proyecto tiene la factibilidad puesto que se diseño de
una manera adecuada y se encontraron los costos convenientes para tal. Hay ciertos costos que no
son tan determinantes dentro del desarrollo de este, ya que pasan por alto, y se absorben en
determinado momento como venta entre otros.
MESA DE CORTE PARA VIDRIO DE 4GDL
109
REFERENCIAS
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Licenciatura. México, Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica – Azcapotzalco.
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Licenciatura. México, Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica – Azcapotzalco.
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Tesis de Licenciatura. México, Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica –
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para una planta de transformación de vidrio. Tesis de Licenciatura. México, Escuela Superior de
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Eléctrica – Azcapotzalco.
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disponible en: http://www.cardinalcorp.com/es/video/video.htm [Accesado el día 11 de junio
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MESA DE CORTE PARA VIDRIO DE 4GDL
111
INDICE DE TABLAS
TABLA 1. 1 Tabla de propiedades térmicas, mecánicas y químicas del vidrio.............................. 7
TABLA 1. 2 Tabla de dimensiones estándar de fabrica. ................................................................. 8
TABLA 1. 3 Tabla de espesores del vidrio fabricados usualmente. ............................................... 9
TABLA 1. 4 Características y datos principales de una mesa de corte manual para vidrio. ........ 17
TABLA 1. 5 Características y datos principales de una mesa de corte semiautomática para vidrio.
....................................................................................................................................................... 18
TABLA 1. 6 Características y datos principales de una mesa de corte automática para vidrio,
(LISEC, 2007). .............................................................................................................................. 18
TABLA 2. 1 Factores de servicio. ................................................................................................. 49
TABLA 2. 2 Especificaciones del duraluminio............................................................................. 70
TABLA 3. 1 Rosca para tornillos Acme que se prefieren ............................................................. 81
TABLA 3. 2 Tabla de baleros (catálogo FSK, 2006) .................................................................... 87
TABLA 3. 3 Ventosas a usar (HERRMAQ, 2007). ...................................................................... 89
TABLA 4. 1 Costo de la transmisión del movimiento longitudinal. ........................................... 100
TABLA 4. 2 Costo de la transmisión del movimiento transversal. ............................................. 100
TABLA 4. 3 Costo de la transmisión del movimiento del herramental. ..................................... 101
TABLA 4. 4 Costo del movimiento del vidrio colocado en la mesa. ......................................... 101
TABLA 4. 5 Costo total de los elementos mecánicos. ................................................................ 101
TABLA 4. 6 Costo de los elementos eléctricos. ......................................................................... 102
TABLA 4. 7 Costo de todos los elementos que componen la mesa. ........................................... 102
TABLA 4. 8 Descripción del proceso para el maquinado del husillo longitudinal. ................... 103
TABLA 4. 9 Matriz de secuencias del proceso de la base .......................................................... 103
TABLA 4. 10 Matriz de tiempos ................................................................................................. 104
TABLA 4. 11 Matriz de información .......................................................................................... 104
TABLA 4. 12 Descripción del proceso para la elaboración de la tuerca. ................................... 105
TABLA 4. 13 Matriz de secuencia del proceso del husillo longitudinal. ................................... 106
TABLA 4. 14 Matriz de tiempos ................................................................................................. 107
TABLA 4. 15 Matriz de información. ......................................................................................... 107
TABLA 4. 16 Comparación de costos......................................................................................... 108
MESA DE CORTE PARA VIDRIO DE 4GDL
112
ANEXOS
