04 MEC 065 TESIS - Repositorio Digital UTN

UNIVERSIDAD TÉCNICA DEL NORTE
FACULTAD DE INGENIERÍA EN CIENCIAS APLICADAS
CARRERA DE INGENIERÍA EN MECATRÓNICA
TRABAJO DE GRADO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE
INGENIERO EN MECATRÓNICA
TEMA
MODERNIZACIÓN DE UNA MÁQUINA PERFORADORA LINEAL
DE EBANISTERÍA
AUTORES: Fausto Vinicio Yépez Lima
Vinicio Javier Lema Flores
DIRECTOR: Ing. Fernando Valencia
Ibarra – Ecuador
2015
UNIVERSIDAD TÉCNICA DEL NORTE
BIBLIOTECA UNIVERSITARIA
AUTORIZACIÓN DE USO Y PUBLICACIÓN
A FAVOR DE LA UNIVERSIDAD TÉCNICA DEL NORTE
1. IDENTIFICACIÓN DE LA OBRA
La Universidad Técnica del Norte dentro del proyecto Repositorio Digital
Institucional, determinó la necesidad de disponer de textos completos en formato
digital con la finalidad de apoyar los procesos de investigación, docencia y
extensión de la Universidad.
Por medio del presente documento dejo sentada mi voluntad de participar en este
proyecto, para lo cual pongo a disposición la siguiente información:
DATOS DE CONTACTO
100307692-2
CÉDULA DE
IDENTIDAD:
YÉPEZ LIMA FAUSTO VINICIO
APELLIDOS Y
NOMBRES:
DIRECCIÓN:
RÍO QUININDÉ 10-37 Y GONZALES DE SAA
[email protected]
EMAIL:
TELÉFONO FIJO:
063 950-640
TELÉFONO
0994235628
MÓVIL:
171313971-3
CÉDULA DE
IDENTIDAD:
APELLIDOS Y
LEMA FLORES VINICIO JAVIER
NOMBRES:
DIRECCIÓN:
TOBÍAS MENA 1-92 Y RÍO QUININDÉ
[email protected]
EMAIL:
TELÉFONO FIJO:
062 642-252
TELÉFONO
0982677309
MÓVIL:
ii
DATOS DE LA OBRA
TÍTULO:
MODERNIZACIÓN DE UNA MÁQUINA
PERFORADORA LINEAL DE EBANISTERÍA
AUTORES:
YÉPEZ LIMA FAUSTO VINICIO
LEMA FLORES VINICIO JAVIER
FECHA: AAAAMMDD
2015 - 02 – 04
PROGRAMA:
PREGRADO
TITULO POR EL QUE
INGENIERO EN MECATRÓNICA
OPTA:
ASESOR /DIRECTOR:
ING. FERNANDO VALENCIA
iii
iv
v
vi
vii
DEDICATORIA
Dedico este proyecto a Dios, por haberme regalado la salud, vida, sabiduría e
inteligencia; porque está conmigo en todo momento cuidándome y dándome
fortaleza para poder salir a cada momento.
A mis padres y hermana por haberme regalado la mejor herencia que podemos
tener los estudios y que siempre hicieron todo lo que estuvo a su alcance para
verme un hombre de bien y poder culminar una etapa más de mi vida.
A mis maestros que llegaron a compartir sus conocimientos y a la vez formamos
una gran amistad en todo el transcurso de mi etapa universitaria.
Fausto Yépez
viii
DEDICATORIA
Esta tesis dedico a mis padres quienes me han apoyado incondicionalmente para
poder llegar a cumplir esta meta, proporcionándome el apoyo moral y psicológico
para salir adelante ante cualquier adversidad.
También se la dedico a mi hijo, Javi, quien ha sido mi mayor motivación para jamás
darme por vencido y poder llegar a ser un ejemplo para él.
Javier Lema
ix
AGRADECIMIENTO
Expreso mi agradecimiento:
A mi madre por ser el pilar fundamental en mi hogar, por saber sobrellevar cada
uno de mis tropiezos y levantarme, darme ánimo y llegar hacer mi mejor amiga.
A mi padre por poder darme el estudio y poder finalizar una etapa más de mi vida.
A mi hermana por estar siempre en las buenas y malas dándome un apoyo
incondicional.
A mi sobrina por llenarme cada momento de risas y llantos en su inocencia.
A mis familiares, por aconsejarme y saber guiarme a ser lo una persona de bien.
A mi pulguita por ser un apoyo fundamental e incondicional en cada momento de
mi vida.
A mi compañero Javier, por tener la suficiente paciencia y entendimiento para
poder sobrellevar este logro.
A el Ing. Fernando Valencia, Director del proyecto por su colaboración y orientación
Al Sr. Alonso Chandi, propietario de la fábrica “FAMUCLACH” por permitirnos
realizar este trabajo de grado.
A Dios por cada uno de sus pruebas que me sabido poner en el transcurso de mi
vida.
Fausto Yépez
x
AGRADECIMIENTO
Expreso mi agradecimiento:
A Dios que me dio la salud, la fortaleza, y la sabiduría para alcanzar este triunfo,
quien supo guiarme en los momentos más difíciles, y quien me ayudo a encarar
las adversidades sin perder nunca la dignidad ni desfallecer en el intento.
A mis padres y mi hermana, los cuales han estado siempre junto a mí, me han
dado su apoyo incondicional, me han tenido paciencia en este trabajo final, y en
toda mi vida universitaria.
Al Ing. Fernando Valencia, director del proyecto, por su colaboración y orientación.
Al Sr. Chandi, jefe propietario de la fábrica “FAMUCLACH”, que nos brindó su
ayuda y su disponibilidad en todo momento.
Javier Lema
xi
RESUMEN
La elaboración del presente trabajo presenta como finalidad la modernización de
una máquina perforadora lineal de ebanistería, la cual consiste en modernizar los
procesos de posicionamiento vertical de la mesa, sujeción de la madera a la mesa
mediante una prensa neumática, y control de profundidad de perforación mediante
un tope mecánico. El posicionamiento vertical de la mesa permite movilizar la
bancada tanto en forma ascendente como descendente mediante controles
manuales, donde el operario activa el movimiento de la mesa; la distancia recorrida
es visualizada en un dispositivo electrónico que el operario tiene a su vista. La
sujeción de la madera a la mesa es realizada por un sistema neumático, en el cual
la prensa neumática se activa mediante el control ON/OFF de la máquina. El
sistema de profundidad de perforación permite seleccionar el estándar de
profundidad, el cual detalla el tipo de mueble y el tipo de madera solicitado, donde
el operario alinea el indicador luminoso de la barra perforada y fija la misma con el
pasador en el orificio indicado.
xii
ABSTRACT
The preparation of this work has this purpose of modernization of a linear
woodworking drilling machine, which is to streamline processes for vertical
positioning of the table, timber holding the table using a pneumatic press, and
control of drilling depth using a mechanical stop. The vertical positioning of the table
allows to mobilize the bench in both ascending and descending using manual
controls, but the operator activates the movement of the table; the distance is
displayed on an electronic device that the operator has his observation. The timber
holding the table is performed by a pneumatic system, the operator activates the
pneumatic press with the ON / OFF control of the machine. The depth of drilling
system select the standard depth, in this details the type of furniture and wood type
requested, the operator places the light on the perforated bar and fixed it with the
pin in the hole indicated.
xiii
PRESENTACIÓN
El trabajo que se presenta a continuación es la modernización de la máquina
perforadora lineal de ebanistería; el proyecto se detalla en los siguientes capítulos:
En el primer capítulo se describe el fundamento teórico que envuelve la perforación
de madera, y el funcionamiento de los diferentes sistemas que componen la
máquina perforadora lineal.
El segundo capítulo presenta los cálculos y el control realizado a los tres sistemas
implementados en la máquina perforadora lineal de ebanistería, así como el análisis
de
elementos
mecánicos
críticos
del
posicionamiento
vertical
mediante
fundamentación matemática.
El tercer capítulo describe el hardware seleccionado para el sistema de
posicionamiento vertical, este además presenta la programación de parámetros del
servodriver para controlar de manera eficiente el servomotor.
En el cuarto capítulo se detalla el montaje e implementación de los sistemas que
involucran la modernización de la máquina, y la construcción de gabinetes.
El quinto capítulo da a conocer las pruebas realizadas a los diferentes sistemas que
se implementan en la modernización de la máquina perforadora lineal de
ebanistería, y los resultados obtenidos tanto a nivel de producción como de
funcionamiento.
En el último apartado se presentan las conclusiones y recomendaciones que se ha
obtenido, luego de la modernización de la máquina; además se dan a conocer
anexos, manual de mantenimiento, y planos eléctricos.
xiv
ÍNDICE GENERAL
DEDICATORIA ..................................................................................................... viii
DEDICATORIA ....................................................................................................... ix
AGRADECIMIENTO ................................................................................................ x
AGRADECIMIENTO ............................................................................................... xi
RESUMEN ............................................................................................................ xii
ABSTRACT .......................................................................................................... xiii
PRESENTACIÓN ................................................................................................. xiv
ÍNDICE GENERAL ................................................................................................ xv
ÍNDICE DE FIGURAS ......................................................................................... xxii
ÍNDICE DE TABLAS .......................................................................................... xxvi
CAPÍTULO I ........................................................................................................... 1
DESCRIPCIÓN DE LA MÁQUINA PERFORADORA DE EBANISTERÍA .............. 1
1.1.INTRODUCCIÓN ............................................................................................. 3
1.2.MÁQUINA PERFORADORA DE EBANISTERÍA ............................................. 3
1.2.1.PERFORADORA DE MANO ......................................................................... 4
1.2.2.PERFORADORA EN BANCO ....................................................................... 4
1.2.3.PROCEDIMIENTO PARA PERFORAR LA MADERA ................................... 5
1.2.4.MEDIDAS DE SEGURIDAD AL PERFORAR LA MADERA .......................... 5
1.3.DESCRIPCIÓN DEL ANTIGUO SISTEMA DE PERFORACIÓN ..................... 6
1.3.1.POSICIONAMIENTO VERTICAL DE LA MESA ANTIGUO .......................... 7
1.3.2.SISTEMA DE TOPES DE PROFUNDIDAD ANTIGUO ................................. 8
1.3.3.SISTEMA DE PRENSA ANTIGUA ................................................................ 8
CAPITULO II ........................................................................................................ 10
CÁLCULO DE FUERZA Y CONTROL DE SISTEMAS ........................................ 10
2.1.POSICIONAMIENTO VERTICAL ................................................................... 10
xv
2.1.1.CONSIDERACIONES GENERALES DEL POSICIONAMIENTO VERTICAL..
................................................................................................................ 10
2.1.2.POSICIONAMIENTO VERTICAL ................................................................ 11
2.1.3.RELACIÓN DE TRANSMISIÓN .................................................................. 11
2.1.3.1.Diagrama de relación de transmisión: ...................................................... 12
2.1.3.2.Engranajes rectos: .................................................................................... 14
2.1.3.3.Par de fuerzas y potencia transmitida....................................................... 15
2.1.3.4.Engranajes cónicos .................................................................................. 15
2.1.3.5.Tornillo de potencia .................................................................................. 16
2.1.4.CÁLCULO DE FUERZAS RADIALES ......................................................... 21
2.1.5.CÁLCULOS DE RELACIÓN DE TRANSMISIÓN PARA SELECCIONAR EL
SERVOMOTOR.................................................................................................... 23
2.1.5.1.Par torsional para subir una carga ............................................................ 23
2.1.5.2.Par torsional para bajar una carga............................................................ 23
2.1.5.3.Relación de transmisión entre engranajes E3 y E4: ................................. 24
2.1.5.4.Relación de transmisión entre engranajes E1 Y E2:................................ 25
2.1.6.ANÁLISIS DEL EJE DEL SISTEMA DE TRANSMISIÓN ............................. 26
2.1.6.1.Relación de transmisión entre engranajes E1 Y E2:................................ 27
2.1.6.2.Diagrama de cuerpo libre del eje: ............................................................. 28
2.1.6.3.Resistencia a la fatiga............................................................................... 29
2.1.7.ANÁLISIS DEL ENGRANE E1 Y E2 DEL SISTEMA DE TRANSMISIÓN ... 38
2.1.7.1.Diagrama de cuerpo libre de las fuerzas y momentos que actúan sobre dos
engranes
................................................................................................... 40
2.1.7.2.Ecuación del esfuerzo AGMA: .................................................................. 42
2.1.7.3.Factor de seguridad: ................................................................................. 47
2.1.8.VISUALIZACIÓN DEL MOVIMIENTO DEL SISTEMA ................................. 51
2.1.8.1.Encoder interno del servodriver ................................................................ 51
xvi
2.1.8.2.Contador de pulsos .................................................................................. 53
2.1.8.3.Configuración del contador de pulsos: ..................................................... 54
2.2.SISTEMA DE PRENSADO............................................................................. 56
2.2.1.ESQUEMA NEUMÁTICO ............................................................................ 57
2.2.2.DISEÑO DEL CIRCUITO DE FUERZA ....................................................... 58
2.2.3.DESCRIPCIÓN NEUMÁTICA DE FUNCIONAMIENTO .............................. 68
2.2.4.UNIDAD DE MANTENIMIENTO .................................................................. 66
2.2.5.ELEMENTOS DE MANDO .......................................................................... 65
2.2.6.ELEMENTOS DE TRABAJO ....................................................................... 64
2.3.SISTEMA DE TOPES DE PROFUNDIDAD ................................................... 69
2.3.1.CONSIDERACIONES GENERALES DEL SISTEMA DE TOPES DE
PROFUNDIDAD ................................................................................................... 69
2.3.2.ESTÁNDAR DE TIPO DE MADERA ........................................................... 69
2.3.3.ESTÁNDAR DE TIPO DE MUEBLE ............................................................ 71
2.3.4.PERFORACIÓN DE LA VARILLA ............................................................... 71
2.3.5.VISUALIZACIÓN DE LOS ESTÁNDARES ESCOGIDOS ........................... 72
2.3.5.1.Microcontrolador PIC 16F876A: ............................................................... 72
2.3.5.2.Pantalla de cristal líquido (LCD) ............................................................... 75
2.3.5.3.Programación del microcontrolador PIC 16F876A ................................... 76
2.4.PANEL DE CONTROL ................................................................................... 80
2.4.1.DIAGRAMA DE BLOQUES DE LOS SISTEMAS ........................................ 80
2.4.2.DISEÑO DEL PANEL DE CONTROL.......................................................... 81
2.4.3.PROTECCIONES ELÉCTRICAS ................................................................ 83
2.4.3.1.Protecciones del servodriver .................................................................... 85
2.4.3.2.Protecciones del microcontrolador ........................................................... 88
2.4.4.ALGORITMO DE CONTROL ...................................................................... 91
xvii
2.4.4.1.Flujograma para activar la prensa neumática y energizar todos los sistemas
................................................................................................... 92
2.4.4.2.Flujograma para seleccionar el estándar de profundidad ......................... 93
2.4.4.3.Flujograma para activar el movimiento del posicionamiento vertical ........ 93
2.4.5.SEÑALES DIGITALES DE CONTROL Y AVISO PARA EL OPERARIO ..... 94
CAPITULO III........................................................................................................ 96
DESCRIPCIÓN DEL HARDWARE SELECCIONADO ......................................... 96
3.1.SELECCIÓN DE SERVOMOTOR .................................................................. 96
3.2.SELECCIÓN DEL SERVODRIVER .............................................................. 100
3.3.COMPONENTES DEL SERVODRIVER....................................................... 101
3.3.1.ENTRADAS Y SALIDAS............................................................................ 101
3.3.2.INTERFAZ DE POTENCIA DEL DISPOSITIVO DE CONTROL ................ 103
3.4.CONTROL DEL SERVOMOTOR ................................................................. 104
3.4.1.CONFIGURACIÓN DE ENTRADAS .......................................................... 105
3.4.2.ACTIVACIÓN DE SERVODRIVER ............................................................ 106
3.4.3.MODO DE OPERACIÓN DEL SERVODRIVER ........................................ 106
3.4.4.CONTROL DE MULTI-VELOCIDAD.......................................................... 108
3.4.4.1.Configuración de los parámetros para el control de multi-velocidad interna.
................................................................................................. 109
3.4.5.GUARDAR CAMBIOS ............................................................................... 109
3.4.6.CONTROL DEL SERVOMOTOR POR EL OPERARIO ............................ 110
CAPITULO IV ..................................................................................................... 111
MONTAJE E INSTALACIÓN .............................................................................. 111
4.1.CONSTRUCCIÓN E INSTALACIÓN DEL GABINETE PRINCIPAL ............. 111
4.1.1.MONTAJE DEL SERVODRIVER EN EL GABINETE ................................ 111
4.2.CONSTRUCCIÓN E INSTALACIÓN DEL PANEL DE CONTROL ............... 114
4.3.SISTEMAS EXTERNOS A LOS GABINETES .............................................. 116
xviii
4.3.1.SISTEMA DE POSICIONAMIENTO VERTICAL ....................................... 116
4.3.1.1.Montaje de fines de carrera: ................................................................... 116
4.3.2.SISTEMA NEUMÁTICO ............................................................................ 118
4.3.2.1.Montaje del gabinete neumático ............................................................. 118
4.3.2.2.Montaje de cilindro neumático ................................................................ 119
4.3.2.3.Acometida de mangueras....................................................................... 119
4.3.3.SISTEMA DE TOPES................................................................................ 120
4.3.3.1.Montaje de varilla estandarizada ............................................................ 120
4.3.3.2.Montaje de indicadores luminosos (LEDs) ............................................. 121
CAPITULO V ...................................................................................................... 122
PRUEBAS Y RESULTADOS.............................................................................. 122
5.1.PRUEBAS DE LAS CONEXIONES ELÉCTRICAS ...................................... 122
5.2.PRUEBAS AL SISTEMA DE POSICIONAMIENTO VERTICAL ................... 123
5.3.PRUEBA DEL SISTEMA NEUMÁTICO........................................................ 126
5.4.PRUEBA DEL SISTEMA DE PROFUNDIDAD ............................................. 128
5.5.PRUEBAS DE CALIBRACIÓN DE LOS SISTEMAS IMPLEMENTADOS .... 131
5.6.RESULTADOS DE LA MODERNIZACIÓN DEL TALADRO HORIZONTAL DE
EBANISTERÍA.................................................................................................... 134
CONCLUSIONES............................................................................................... 137
RECOMENDACIONES ...................................................................................... 138
BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................. 139
PÁGINAS WEB .................................................................................................. 140
ANEXOS ............................................................................................................ 142
ANEXO A-1. DIÁMETROS PARA ROSCAS ACME ........................................... 143
ANEXO A-2. SERVOMOTOR KINCO SMH80S-0075-30AAK-3LKH ................. 145
A-2.1. ESPECIFICACIONES TÉCNICAS ........................................................... 146
A-2.2. PANEL DE CONTROL DIGITAL .............................................................. 147
xix
A-2.3. PASOS PARA UTILIZAR EL CONTROL DIGITAL DEL SERVODRIVER 149
A-2.4. DIAGRAMA DE CONEXIÓN DE ENTRADAS TIPO PNP ........................ 150
ANEXO A-3. CONTADOR DE PULSOS MYPIN FH SERIES OF
COUNTER/LENGTH/BATCH METER ................................................................ 151
ANEXO A-4. SELECCIÓN DE DISPOSITIVOS NEUMÁTICOS ......................... 153
ANEXO A-5. MICROCONTROLADOR PIC 16F876A ........................................ 156
A-5.1. PINES DE CONEXIÓN ............................................................................ 157
A-5.2. CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES ....................................................... 157
A-5.3. CARACTERÍSTICAS DE LA FAMILIA PIC16F87X .................................. 158
A-5.4. CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS ........................................................ 158
A-5.5. FUNCIÓN DE LOS PUERTOS ................................................................ 159
A-5.6. CONFIGURACIÓN DE REGISTRO ADCON1 (E/S DIGITALES) ............ 160
A-5.7. PROGRAMA DE VISUALIZACIÓN DEL SISTEMA DE TOPES .............. 161
ANEXO A-6. ANÁLISIS DE ELEMENTO MECÁNICOS ..................................... 165
A-6.1. PROPIEDADES ACERO AISI 1018 LAMINADO EN FRÍO ...................... 166
A-6.2.- FRACCIÓN DE RESISTENCIA A LA FATIGA (f) ................................... 166
A-6.3. PROPIEDADES ACERO AISI 4140 RECOCIDO .................................... 167
A-6.4. FACTOR DE SOBRECARGA PARA ENGRANAJES, Ko ........................ 167
A-6.5. FACTOR GEOMÉTRICO J ...................................................................... 168
A-6.6. FACTOR DE DISTRIBUCIÓN DE CARGA, Km ....................................... 168
A-6.7. FACTOR DINÁMICO, Kv ......................................................................... 169
A-6.8. FACTOR DE ESPESOR DEL ARO, KB:.................................................. 169
A-6.9. MÓDULO DE ELASTICIDAD Y RELACIÓN DE POISSON ..................... 170
A-6.10. FACTOR DE DUREZA, CH ................................................................... 170
A-6.11. FACTOR DE CICLOS DE CARGA A FLEXIÓN, YN .............................. 171
A-6.12.- FACTOR DE CICLOS DE CARGA A LA PICADURA, ZN .................... 171
A-6.13. ESFUERZO DE CONTACTO PERMISIBLE, St ..................................... 172
xx
A-6.14. ESFUERZO DE CONTACTO PERMISIBLE, Sc .................................... 172
ANEXO A-7. FOTOGRAFÍAS............................................................................. 173
ANEXO A-8. MANUAL DE USUARIO Y MANTENIMIENTO .............................. 177
ANEXO A-9. PLANOS ELÉCTRICOS ................................................................ 197
xxi
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1. Perforación en madera ............................................................................ 2
Figura 2. Perforación en metal ............................................................................... 2
Figura 3. Máquina perforadora lineal de ebanistería .............................................. 4
Figura 4. Sistema de perforación antes de la modernización ................................. 6
Figura 5. Sistema de transmisión de movimiento para el posicionamiento vertical. 7
Figura 6. Sistema de topes regulable mediante “mariposa”. .................................. 8
Figura 7. Mecanismo para prensar la madera. ....................................................... 9
Figura 8. Diagrama mecánico de elementos que conforman la relación de
transmisión. .......................................................................................................... 12
Figura 9. Relación de transmisión de engranajes rectos ...................................... 14
Figura 10. Engranajes cónicos ............................................................................. 15
Figura 11. Engranaje cónico (bisel). ..................................................................... 16
Figura 12. Tornillo de potencia ............................................................................. 16
Figura 13. Rosca Cuadrada y Rosca ACME, Diseño de Elementos de Máquinas.
............................................................................................................................. 17
Figura 14. Fuerza normal a una rosca cuadrada y a una rosca ACME. ............... 18
Figura 15. Diagrama de fuerzas ejercidas sobre un tornillo de potencia. ............. 19
Figura 16. Desmontaje de bancada de la perforadora de madera. ...................... 21
Figura 17. Utilización de una pesa electrónica para conocer el peso de la bancada.
............................................................................................................................. 22
Figura 18. Mecanismo de trasmisión de movimiento para el posicionamiento
vertical. ................................................................................................................. 26
Figura 19. Momentos torsionales que actúan sobre el eje ................................... 28
Figura 20. Diagrama de esfuerzos del eje. ........................................................... 28
Figura 21. Diagrama de momentos del eje ........................................................... 28
Figura 22. Dimensiones del eje. ........................................................................... 29
Figura 23. Torsión máxima en el eje. ................................................................... 30
Figura 24. Límite de resistencia a la fatiga en barra giratoria (′). ...................... 31
Figura 25. Factor de superficie (Ka). .................................................................... 31
Figura 26. Factor de tamaño (Kb)......................................................................... 31
Figura 27. Factor de modificación de la carga (Kc). ............................................. 32
Figura 28. Factor de temperatura (Kd). ................................................................ 32
xxii
Figura 29. Factor de confiabilidad (Ke). ............................................................... 33
Figura 30. Enmallado del eje, SolidWorks_Simulation ......................................... 37
Figura 31. Factor de seguridad, SolidWorks_Simulation. ..................................... 38
Figura 32. Relación de transmisión entre engranaje 1 (E1) y engranaje 2 (E2). .. 39
Figura 33. Diagrama de cuerpo libre. ................................................................... 40
Figura 34. Diagrama de cuerpo libre, a) engranaje E1, b) engranaje E2. ............ 41
Figura 35. Selección del factor de espesor del aro (), mediante la variable (),
según (ANSI/AGMA 2001-D04)............................................................................ 45
Figura 36. Selección del factor de confiabilidad. .................................................. 49
Figura 37. Resolución del encoder ....................................................................... 51
Figura 38. Encoder Incremental y sus respectivas partes que lo conforman ....... 52
Figura 39. Pulsos en canales A, B y Z de un encoder incremental ...................... 53
Figura 40. Panel de control y visualización del contador de pulsos, Mypin FH Series
............................................................................................................................. 54
Figura 41. Modos de conteo de los pulsos A y B, Contador de Pulsos, Mypin FH
Series. .................................................................................................................. 55
Figura 42. Conexión del servodriver con el contador de pulsos, Contador de Pulsos,
Mypin FH Series. .................................................................................................. 56
Figura 43. Diagrama Grafcet de la prensa neumática .......................................... 57
Figura 44. Esquema Neumático. .......................................................................... 58
Figura 45. Cilindro de sujeción de madera. .......................................................... 64
Figura 46. Siglas del cilindro neumático DSNU-40-100-PPV ............................... 64
Figura 47. Electroválvula seleccionada. ............................................................... 65
Figura 48. Unidad de Mantenimiento ................................................................... 66
Figura 49. Compresor utilizado ............................................................................ 68
Figura 50. Pines de conexión del microcontrolador PIC16F876A ........................ 72
Figura 51. LCD, Display de Cristal Líquido .......................................................... 75
Figura 52. Simulación del circuito de selección de estándares para el sistema de
profundidad. ......................................................................................................... 77
Figura 53. Implementación del circuito en protoboard. ......................................... 77
Figura 54. Forma de insertar el microcontrolador en el PICkit2, uControl. ........... 78
Figura 55. Diseño de placa para selección de estándares del sistema de
profundidad. ......................................................................................................... 78
xxiii
Figura 56. Diagrama de bloques de los sistemas implementados para modernizar
la máquina. ........................................................................................................... 80
Figura 57. Panel de control de los tres sistemas implementados, en milímetros. 82
Figura 58. Panel de control con nomenclatura de estado normal. ........................ 83
Figura 59. Breaker BKN-b. ................................................................................... 84
Figura 60. Protecciones del equipo electrónico, Kinco Automation ...................... 85
Figura 61. Breaker CAMSCO C60N. .................................................................... 86
Figura 62. Contactor LS MC-32ª.: ........................................................................ 87
Figura 63. Diseño de placa para protección de entradas del servodriver. ............ 88
Figura 64. Breaker STECK SDZ ........................................................................... 88
Figura 65. Conexión del Master Clear del microcontrolador PIC16F876A ........... 90
Figura 66. Conexión de la protección del oscilador del microcontrolador
PIC16F876A ......................................................................................................... 90
Figura 67. Servomotor y sus componentes, Kinco Automation ............................ 96
Figura 68. Curva característica del par torsional vs velocidad angular, Kinco
Automation. .......................................................................................................... 99
Figura 69. Significado de las siglas del servomotor, Kinco Automation ................ 99
Figura 70. Servodriver seleccionado para controlar el servomotor, Kinco
Automation. ........................................................................................................ 100
Figura 71. Placa del servomotor, Kinco Automation ........................................... 100
Figura 72. Servodriver Kinco y sus respectivos puertos ..................................... 101
Figura 73. Puerto de interfaz X1 del CD420 Servodriver .................................... 102
Figura 74. Puerto de interfaz X1 del CD420 Servodriver .................................... 102
Figura 75. Puerto de interfaz X3 del CD420 Servodriver .................................... 103
Figura 76. Puerto de interfaz de potencia del servodriver .................................. 104
Figura 77. Switchs implementados para el control del servomotor ..................... 110
Figura 78. Instalación del servo driver ................................................................ 111
Figura 79. Posición de instalación del servodriver, Kinco Automation ................ 112
Figura 80. Ubicación de los diferentes dispositivos a implementar en el gabinete
principal. ............................................................................................................. 112
Figura 81. Conexiones del gabinete del gabinete principal. ............................... 113
Figura 82.Ubicación e instalación del gabinete de control. ................................. 113
Figura 83. Adaptación del panel de control a la máquina. .................................. 114
xxiv
Figura 84. Ubicación de los elementos de control y visualización en el panel de
control. ............................................................................................................... 115
Figura 85.Conexiones del panel de control. ....................................................... 115
Figura 86. Culminación de conexión e instalación del panel de control. ............ 116
Figura 87. Fin de carrera y sus estados de activación. ...................................... 117
Figura 88. Montaje fin de carrera. ...................................................................... 117
Figura 89. Gabinete neumático. ......................................................................... 118
Figura 90. Adaptación del cilindro neumático. .................................................... 119
Figura 91. Perforación de la varilla ..................................................................... 120
Figura 92. Adaptación de varilla, pasador, mol .................................................. 120
Figura 93. Instalación de LEDs en el mol de 10 pines ....................................... 121
Figura 94. Máquina perforadora lineal de ebanistería modernizada .................. 121
Figura 95. Prueba del servomotor para seleccionar modo de funcionamiento ... 124
Figura 96. Pruebas del posicionamiento vertical realizadas en la máquina ....... 125
Figura 97. Pruebas del sistema neumático previa instalación ............................ 127
Figura 98. Pruebas realizadas del sistema de profundidad previa instalación ... 129
Figura 99. Pruebas del sistema de profundidad en la máquina ......................... 130
xxv
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla I. Ventajas y desventajas del sistema de posicionamiento vertical ............. 11
Tabla II. Tapa comparativa de datos necesarios y los seleccionados del servomotor.
............................................................................................................................. 26
Tabla III. Datos iniciales del eje ............................................................................ 29
Tabla IV. Criterios de falla .................................................................................... 36
Tabla V. Datos iniciales de los engranes E1 y E2. ............................................... 39
Tabla VI. Propiedades del materiales de los engranes, acero AISI 4140 recocido
............................................................................................................................. 40
Tabla VII. Diagrama Fase - Tiempo...................................................................... 57
Tabla VIII. Factor de carga para selección del cilindro neumático........................ 58
Tabla IX. Presión de trabajo, Cilindro de doble efecto .......................................... 59
Tabla X. Diagrama presión - fuerza ...................................................................... 60
Tabla XI. Diámetro del vástago en función de la carrera l y de la Fuera F ........... 61
Tabla XII. Consumo de aire del cilindro para un ciclo ........................................... 62
Tabla XIII. Consumo de aire del tubo para un ciclo .............................................. 63
Tabla XIV. Datos técnicos de la electroválvula VUVB-M3 .................................... 65
Tabla XV. Datos técnicos de la unidad de mantenimiento ................................... 67
Tabla XVI. Profundidad estándar a perforar. ........................................................ 71
Tabla XVII. Cantidad de orificios correspondientes a las distancias a perforar en la
varilla .................................................................................................................... 71
Tabla XVIII. Pines de conexión de la LCD. ........................................................... 76
Tabla XIX. Utilización de pines del microcontrolador 16F876A. ........................... 79
Tabla XX. Combinaciones respectivas para salida de estándares de profundidad
............................................................................................................................. 80
Tabla XXI. Parámetros técnicos del breaker LS BKN-b. ...................................... 85
Tabla XXII. Parámetros técnicos del breaker CAMSCO C60N............................. 86
Tabla XXIII. Parámetros técnicos del contactor LS MC-32a. ................................ 87
Tabla XXIV. Parámetros técnicos del breaker STECK NBR NM 60898. .............. 89
Tabla XXV. Valores recomendados para la selección del Oscilador de Crystal para
el microcontrolador PIC 16F876A......................................................................... 91
Tabla XXVI. Señales digitales de control y aviso al operario de la máquina. ....... 94
xxvi
Tabla XXVII. Características técnicas del servomotor 80STM002430-20P7 XINJE
............................................................................................................................. 97
Tabla XXVIII. Características técnicas del servomotor 110SJT-M020E GSK ...... 98
Tabla XXIX. Características técnicas del servomotor KINCO .............................. 98
Tabla XXX. Configuración de entradas del servodriver ...................................... 105
Tabla XXXI. Activación automática del servodriver ............................................ 106
Tabla XXXII. Modelos de operación del servodriver ........................................... 107
Tabla XXXIII. Configuración del modo de operación. ......................................... 108
Tabla XXXIV. Control de multi-velocidad ........................................................... 108
Tabla XXXV. Configuración de multi-velocidades .............................................. 109
Tabla XXXVI. Parámetro para guardar cambio de configuración. ...................... 110
Tabla XXXVII. Mangueras utilizadas en el sistema neumático........................... 119
Tabla XXXVIII. Pruebas realizadas en las acometidas eléctricas de la fábrica .. 122
Tabla XXXIX. Alimentación requerida para los dispositivos que se implementan
........................................................................................................................... 123
Tabla XL. Componentes del sistema de posicionamiento vertical ...................... 123
Tabla XLI. Pruebas de funcionamiento del posicionamiento vertical .................. 125
Tabla XLII. Componentes del sistema neumático .............................................. 127
Tabla XLIII. Pruebas de funcionamiento del sistema neumático ........................ 127
Tabla XLIV. Componentes del sistema de profundidad ..................................... 129
Tabla XLV. Pruebas de funcionamiento del sistema de profundidad ................. 130
Tabla XLVI. Pasos para perforar la madera mediante la modernización realizada en
la máquina .......................................................................................................... 131
Tabla XLVII. Pruebas de calibración de los sistemas implementados ............... 132
Tabla XLVIII. Optimización del tiempo de trabajo al perforar la madera ............ 134
Tabla XLIX. Optimización del tiempo de trabajo al realizar la perforaciones
requeridas para construir cada mueble .............................................................. 135
Tabla L. Cantidad de materia prima requerida para construir cada mueble ....... 135
Tabla LI. Optimización de materia prima requerida para construir cada mueble en
veinte días laborables ........................................................................................ 136
xxvii
CAPÍTULO I
1. DESCRIPCIÓN DE LA MÁQUINA PERFORADORA DE
EBANISTERÍA
La ebanistería es una especialización de la carpintería orientada a la construcción
de muebles. El término procede de un tipo de madera, el ébano, considerada
preciosa desde la antigüedad, procedente de un árbol de origen africano, de
madera dura y pesada, negra en el centro y blanca en la corteza. (wikipedia, 2014).
La ebanistería se distingue de la carpintería en el hecho de producir muebles más
elaborados, mediante técnicas nuevas y complementarias para la manufactura de
diversas piezas, tales como la marquetería, la talla, el torneado, entre otras
técnicas, en conclusión la ebanistería busca desarrollar muebles de mejor calidad
y diseño. Este es el oficio que acompaña el proceso de diseño del mobiliario, ya
sea comercial o doméstico.
Una de las máquinas más utilizadas en la industria de la madera elaborada es la
perforadora horizontal, la cual ha evolucionado a través de los tiempos, muchas de
ellas en forma artesanal o industrial, esta máquina es muy útil en el proceso de
construcción de puertas, ventanas y muebles de cocina.
Las máquinas han sido automatizadas en gran medida, de manera que esta
perforadora es adaptada en forma horizontal para su mayor desempeño en el
trabajo con la madera, a diferencia de sus similares verticales aplicadas en mayor
medida a metales.
La máquina perforadora lineal de ebanistería es una máquina considerada de alta
precisión en la construcción de muebles, ya que su función principal es realizar el
orificio de las partes que posteriormente son unidas con un tarugo (pedazo de
madera corto y grueso); por lo tanto, al perforar erróneamente, se pierde tanto
materia prima como tiempo de producción.
La perforadora lineal utiliza un taladro, el cual es una máquina herramienta cuya
principal función es realizar orificios, ya se lleve el trabajo a nivel industrial,
mecánico, maderero e incluso hogareño.
1
De todos los procesos de perforación, el taladrado es considerado como uno de los
procesos más importantes, puesto que es una de las operaciones más sencillas de
realizar y necesarias en la mayoría de componentes que se fabrica.
En la actualidad existe gran variedad de taladros, como se puede apreciar en la
Figura 1 y 2; donde depende el tipo de perforación y el material que se va a utilizar.
Figura 1. Perforación en madera
Fuente: (EROSKI, sf)
Figura 2. Perforación en metal
Fuente: http://es.123rf.com/photo_10018552_perforacion-en-un-bloque-de-metal.html
El presente capítulo permite conocer de manera rápida las perforadoras existentes
tanto en el campo de metalmecánica como en la ebanistería, llegando a la máquina
perforadora lineal de ebanistería, objeto de este estudio; sus partes componentes,
aditamentos principales, dispositivos de sujeción y operaciones básicas que se
puede realizar.
2
1.1.
INTRODUCCIÓN
En el campo de las máquinas herramientas de perforación existe una variedad de
tipos debido a las múltiples condiciones en las que se usan los taladros, se pueden
clasificar de acuerdo a su alimentación, su función y su soporte.
Por su alimentación existen:

Taladro Eléctrico

Taladro Hidráulico

Taladro Neumático
Por su función existen:

Taladro Percutor

Taladro Pedestal

Taladro Fresador
Por su soporte:

Taladro Magnéticos

Taladro de Columna

Taladro de Mano
1.2.
MÁQUINA PERFORADORA DE EBANISTERÍA
Básicamente los taladros pueden ser de dos tipos: el taladro de mano que es portátil
y el taladro de sobremesa que permite bajar fácilmente la broca perpendicularmente
al material que se desea perforar, el cual está fijado a un banco de trabajo,
(Wikipedia, 2014)
Según el material que se quiere perforar, la broca a utilizar varía; hay brocas para
metal, el hormigón, la madera o la piedra.
3
Los taladros llevan un regulador de velocidad, despacio para materiales duros y
rápido para materiales blandos.
1.2.1. PERFORADORA DE MANO
La perforadora de mano es una herramienta que se utiliza para perforar diversos
materiales. Los orificios se realizan por un proceso de arranque de material
mediante herramientas llamadas brocas.
1.2.2. PERFORADORA EN BANCO
La perforadora en banco es una máquina electromecánica cuya función principal
consiste en hacer orificios o cortes con moldes en cualquier tipo de material, ya sea
metal, madera, plástico, etc, (TALADRO DE COLUMNA, 2008).
VISTA FRONTAL
VISTA LATERAL
Figura 3. Máquina perforadora lineal de ebanistería
Fuente: Autor
4
1.2.3. PROCEDIMIENTO PARA PERFORAR LA MADERA
En ebanistería, las uniones mediante tarugos son una alternativa rápida y sencilla
a uniones con pegamento, (Robert Bosch GmbH, sf).
A continuación se describen pasos para conseguir perforaciones resistentes y
estéticas:
1) Utilizar una broca para madera con punta centradora. Para orificios normales con
un diámetro pequeño o mediano se utiliza una broca helicoidal. Para orificios poco
profundos con un diámetro hasta 30 mm, la broca fresadora para madera es la más
adecuada.
2) Utilizar siempre brocas para madera. Estos cuentan con una rosca de paso
grande y una punta pronunciada.
3) Se obtiene mejores resultados si se realiza la perforación longitudinalmente con
respecto a las fibras de madera.
4) Fijar la pieza de trabajo para que no resbale al perforar.
1.2.4. MEDIDAS DE SEGURIDAD AL PERFORAR LA MADERA
Las medidas de seguridad para perforar la madera según (BRICO-TODO, sf) son:
1.- Proteger la vista con gafas adecuadas al existir el riesgo de que una astilla o
viruta se introduzca.
2.- Utilizar la broca adecuada para la perforación del material a trabajar, pues de lo
contrario, aparte de que no se realiza bien el trabajo, se puede tener un accidente.
3.- No forzar en exceso la máquina y mantener siempre sujeta durante la
perforación.
4.- Sujetar firmemente la pieza a trabajar, ya que al ser ligera puede producir un
efecto de tornillo, el cual puede dañar las manos u otra parte del cuerpo.
5
5.- Por último, no conviene olvidar las medidas de seguridad comunes a todos los
aparatos eléctricos, como son:

No instalar cerca de fuentes de humedad o calor.

No tirar del cable de conexión.
1.3.
DESCRIPCIÓN DEL ANTIGUO SISTEMA DE PERFORACIÓN
El presente proyecto se orienta a la modernización de ciertos procesos de la
máquina perforadora lineal de ebanistería, tales son el posicionamiento vertical de
la mesa, la sujeción de la madera a la mesa mediante una prensa y el control de
profundidad de perforación mediante un tope mecánico. A continuación se describe
el funcionamiento del sistema de perforación antiguo.
Figura 4. Sistema de perforación antes de la modernización
Fuente: Autor
6
1.3.1. POSICIONAMIENTO VERTICAL DE LA MESA ANTIGUO
En el caso del posicionamiento vertical de la mesa, el movimiento se da mediante
un sistema de manivela, que a través de un eje acoplado a un bisel transmite fuerza
para mover un tornillo de potencia que moviliza la mesa.
Cabe recalcar que la distancia a recorrer es de 15 cm, teniendo en cuenta que por
seis vueltas de manivela se avanza 1 cm, aplicando una fuerza mínima de
1,33[Nm]; además la máquina carece de una regla graduada en lo que corresponde
a la altura de la mesa, por lo que se debe medir lo requerido mediante la utilización
de un flexómetro, todo este proceso toma al operario alrededor de 5 minutos.
Figura 5. Sistema de transmisión de movimiento para el posicionamiento vertical.
Fuente: Autor.
7
1.3.2. SISTEMA DE TOPES DE PROFUNDIDAD ANTIGUO
En el caso de control de profundidad de perforación se utiliza un tope mecánico,
este se realiza mediante una varilla que es regulable mediante una
“mariposa”(seguro mecánico), para este control el operario debe sacar la varilla,
medir la distancia con un flexómetro, volver a ingresar en su eje y ajustar mediante
la “mariposa” a la distancia requerida para la perforación.
El operario empuja el accionamiento mecánico de profundidad hasta que la varilla
entre en contacto con el tope, cabe recalcar que a veces esta “mariposa” cede, por
lo que la distancia medida ya no es la correcta, por tanto la perforación es errónea.
Figura 6. Sistema de topes regulable mediante “mariposa”.
Fuente: Autor
1.3.3. SISTEMA DE PRENSA ANTIGUA
En el caso de la sujeción de la madera a la mesa, este es un proceso puramente
manual en donde el operario utiliza un sistema de manivela.
Este sistema de manivela está conformado por tres partes, dos de ellas unidas y
regulables mediante mariposas ya para su altitud como alcance, y su última parte
se encuentra en el extremo la cual mediante un tornillo sin fin permite proporcionar
8
presión para fijar el madero a la mesa, cabe recalcar que se debe ejercer una fuerza
considerable para que el madero no se mueva de su posición y no se realice una
perforación errónea.
Figura 7. Mecanismo para prensar la madera.
Fuente: Autor
9
CAPITULO II
2. CÁLCULO DE FUERZA Y CONTROL DE SISTEMAS
Este capítulo presenta los cálculos y el control realizado a los tres sistemas
implementados en la máquina perforadora lineal de ebanistería, así como la
selección de alternativas adecuadas y fundamentación matemática.
2.1.
POSICIONAMIENTO VERTICAL
El posicionamiento vertical dentro de la modernización del taladro horizontal de
ebanistería juega un papel importante, ya que este sistema es el encargado de
optimizar el tiempo de trabajo al perforar la madera, en este capítulo se amplía la
información concerniente al tema.
2.1.1. CONSIDERACIONES GENERALES DEL POSICIONAMIENTO
VERTICAL
En el sistema de posicionamiento vertical se toman consideraciones elementales
que benefician tanto al operario como al proceso de perforar la madera, entre los
principales aspectos está la velocidad de movimiento de la mesa, la cual mediante
pruebas y ajustes se estima la adecuada, esta información se encuentra en el
capítulo 5, las protecciones contra polvo, ubicación de panel de control de fácil
alcance y manipulación para el operario, todo esto salvaguardando la integridad del
operario gracias a la prensa neumática que asegura el madero a la mesa de la
bancada.
10
2.1.2. POSICIONAMIENTO VERTICAL
Tomando en cuenta lo argumentado en el capítulo anterior se implementa un
servomotor que reemplaza a la manivela, el cual está ubicado bajo la bancada o
mesa de perforación, éste transmite su fuerza hacia el bisel a través de un sistema
de engranes, movimiento activado mediante un pulsador que el operario tiene a la
vista, se aclara que el operario tiene la facultad de elegir la velocidad de ascenso o
descenso de la mesa, esto mediante dos perillas tipo switchs.
Tabla I. Ventajas y desventajas del sistema de posicionamiento vertical
Ventajas

Sistema de
posicionamiento
Optimización del tiempo de
Desventajas

trabajo.

vertical
Falta de
mantenimiento
Minimiza el desgaste físico
que realiza el operario.

Protección al operario.
Fuente: Autor
2.1.3. RELACIÓN DE TRANSMISIÓN
La relación de transmisión es una relación entre las velocidades de rotación de
dos engranajes enlazados entre sí, cuya relación es debida por la diferencia
de diámetros de los dos engranes, que como resultado da una diferencia entre
las velocidades de rotación de ambos ejes, (Wikipedia, 2014).
Los elementos mecánicos que son expuestos ya se disponen en la máquina, por
lo que se procede a tomar datos para el respectivo análisis.
11
2.1.3.1.
Diagrama de relación de transmisión:
Figura 8. Diagrama mecánico de elementos que conforman la relación de transmisión.
Fuente: Autor.
2.1.3.1.1. Descripción de elementos
E -> engranaje
TP -> tornillo de potencia
12
E1:
Paso diametral (D): 60,45 [mm]
Número de dientes (Z): 32 dientes
Módulo: 2mm
Ancho de cara: 10 mm
E2:
Paso diametral (D): 67,5 [mm]
Número de dientes (Z): 36 dientes
Módulo: 2mm
Ancho de cara: 10 mm
E3:
Paso diametral (D): 50 [mm]
Número de dientes (Z): 15 dientes
Módulo: 2,5[mm]
Ancho de cara: 15 [mm]
E4:
Paso diametral (D): 72 [mm]
Número de dientes (Z): 30 dientes
Módulo: 2,5[mm]
Ancho de cara: 15 [mm]
TP:
Diámetro mayor nominal (D): 1pulg = 25,4[mm]
Roscas por pulgada (n): 5
Paso ():  =
1

: 0,20[pulg] = 5,08[mm]
Diámetro mínimo (Dr): 0,75[pulg] = 19,05[mm]
Diámetro mínimo de paso (Dp): 0,87 [pulg] = 22,1[mm]
Área al esfuerzo de tensión (At): 0,517 [2 ] = 333,5[2 ]
Área al esfuerzo cortante (As): 1,493 [2 ] = 963,2[2]
Ángulo de avance (): 4,2°
Los datos encontrados para el tornillo de potencia (TP), están sustentados en el
Anexo A-1, cuyo requisito indispensable es el diámetro mayor nominal (D)
equivalente a 1”.
13
La relación de transmisión consta de engranajes rectos, engranajes cónicos y de
un tornillo de potencia con su respectiva rosca; a continuación se hará una
intromisión sobre estas partes que conforman el mecanismo:
2.1.3.2.
Engranajes rectos:
Figura 9. Relación de transmisión de engranajes rectos
Fuente: (Roberto de Diego, sf)
La ecuación que nos permite relacionar los engranajes de dientes rectos es la
siguiente:
 =
1
2
=
2
1
=
2
1
=
1
2
(2-2)
Donde:

 es la relación de transmisión

1 es la velocidad angular de entrada

2 es la velocidad angular de salida transmitida

1 es el número de dientes del engranaje de entrada.

2 es el número de dientes del engranaje de salida.

1 es el diámetro del engranaje de entrada

2 es el diámetro del engranaje de salida

1 es el número de revoluciones del engranaje de entrada

2 es el número de revoluciones del engranaje de salida
Es importante aclarar que la velocidad angular es una medida de la velocidad
de rotación, que se define como el ángulo girado por una unidad de tiempo.
14
2.1.3.3.
Par de fuerzas y potencia transmitida
La potencia que transmite un eje de transmisión en función del par de fuerzas y
de su velocidad angular de giro, se define mediante esta expresión matemática:
P=T·ω
(2-3)
Donde:

P es la potencia transmitida por el eje dado en W (watios)

T es el par de fuerzas que desarrolla dado en N·m

ω es la velocidad angular a la que gira el eje dado en rpm
Según Shigley, una transmisión con un eje de entrada del movimiento Eje 1 y un
eje de salida Eje 2, y que la potencia de entrada P1 y la de salida P2 son iguales
al considerarse nulas las pérdidas, se produce en la transmisión (rendimiento =
1), se cumple lo siguiente:
P1 = T1 · ω1
P2 = T2 · ω2
Por lo tanto:
P1 = P2
2.1.3.4.
=>
T1 · ω1 = T2 · ω2
(2-4)
Engranajes cónicos
Los engranajes cónicos formados por ruedas dentadas se diferencian de los
engranajes rectos por el ángulo de 45º que forman entre sí. Los engranajes forman
un tronco de cono lo que permite transmitir el movimiento entre dos ejes que forman
un ángulo recto.
Figura 10. Engranajes cónicos
Fuente: www.portaleso.com/portaleso/trabajos/tecnologia/mecanica/elementos_de_maquinas/engranaje%20conico.htm
15
Figura 11. Engranaje cónico (bisel).
Fuente: Autor
2.1.3.5.
Tornillo de potencia
Los tornillos de potencia permiten convertir movimiento rotatorio en movimiento
lineal, y ejercen la fuerza necesaria para mover un elemento de máquina a lo largo
de una trayectoria deseada, mediante un tornillo y una tuerca; en este caso la tuerca
se soporta mientras se traslada el tornillo.
Estos dispositivos se suelen emplear en las siguientes aplicaciones:

Ejercer fuerzas de gran magnitud

Obtener un posicionamiento preciso de un movimiento axial
Figura 12. Tornillo de potencia
Fuente: Autor.
16
Los tornillos de potencia son utilizados exclusivamente para la transformación de
movimiento y la transmisión de cargas, a diferencia de tornillos ordinarios que se
dedican a la unión de piezas.
2.1.3.5.1. Formas de Roscas para tornillo de potencia, Cuadrada y ACME
La forma de la rosca de los elementos engranados es distinta; los principales tipos
de roscas que se emplean en los sistemas de transmisión son:
Figura 13. Rosca Cuadrada y Rosca ACME, Diseño de Elementos de Máquinas.
Fuente: (Mott, 2006)

Rosca cuadrada: La fricción por deslizamiento es eficiente, pero presenta
baja ventaja mecánica y es difícil de maquinar, lo que conlleva a un elevado
costo.

Rosca ACME: Es utilizada en las máquinas-herramienta, la más común y
fácil de maquinar.
La diferencia entre las roscas ACME y las cuadradas es la presencia del ángulo de
rosca Ф; como se observa en la Figura 2.12 (b), donde 2Ф=29°, por lo tanto
corresponde Ф=14,5°.
17
Figura 14. Fuerza normal a una rosca cuadrada y a una rosca ACME.
Fuente: Robert L. Mott, P.E. Editorial: Pearson Educación.
Esto cambia la dirección de acción de las fuerzas sobre la rosca, por lo que es
necesario sustituir a F por F/cosФ; entonces en el análisis del par torsional para
mover una carga se sustituye lo antes mencionado:
2.1.3.5.2. Factores para mover una carga
Es fundamental conocer el par torsional para subir una carga, la cual se aplica a la
tuerca del tornillo de potencia para levantar la bancada de la máquina.
Coeficiente de fricción ()
El coeficiente de fricción depende de los materiales y la forma de lubricar el tornillo;
para tornillos de acero bien lubricados que trabajan en tuercas de acero, se
determina un valor de  = 0,15. (Diseño de Elementos de Máquinas, Robert L. Mott,
P.E. Editorial: Pearson Educación, pág 701).
Ángulo de inclinación ()
Un factor importante en el análisis del par torsional es el ángulo de inclinación de la
rosca, a la cual se le denomina ángulo de avance (), este es el ángulo que forma
la tangente a la hélice de la rosca y el plano transversal al eje del tornillo, el valor
en este tornillo de potencia es de  = 4,2°, dato que se obtiene mediante la siguiente
fórmula, y con los datos de la Tabla del Anexo A-1.
 = −1

.
(2-5)
18
Donde:
, es el ángulo de avance
 = , es el avance, distancia que avanza en una revolución
, es el diámetro de paso
 = −1
5,08
L = 5,08[mm]
.(22,1)
 = 4,2°
Dp = 22,1[mm]
En la mayoría de los casos de tornillo con filete sencillo, el ángulo de avance es
bastante pequeño y la fuerza de fricción es suficientemente grande para oponerse
a la carga y evitar que se resbale por el plano. A esa rosca se le denomina
autoasegurante, (rosca con seguro) y es una característica favorable.
En forma cuantitativa, la condición que debe cumplirse para ser autoasegurante es:
 > tan 
(2-6)
0,15 >  5°
 = coeficiente de fricción
0,15 > 0,087
 = ángulo de avance
Por lo tanto sí cumple la condición de autoaseguramiento.
Análisis de fuerzas en un tornillo de potencia ACME
Figura 15. Diagrama de fuerzas ejercidas sobre un tornillo de potencia.
Fuente: (Mott, 2006)
19
2.1.3.5.3. Par torsional para subir una carga () y para bajar una carga ()
 =
 =
. (+..)
2
[(.−.)]
. (..− )
2
[ (.+.) ]
(2-7)
(2-8)
Donde:

F es la fuerza a mover

P es la fuerza requerida para mover la carga

 es la fuerza de fricción

N es la fuerza normal

 es el ángulo de avance

Dp es el diámetro de paso

L es el avance, distancia que avanza en una revolución
Formas alternativas de las ecuaciones del Par torsional para subir una
carga () y para bajar una carga ()
Las ecuaciones (2-6) y (2-7) se pueden expresar en función del ángulo de avance,
no del avance y el diámetro de paso, donde (. ) = circunferencia de la línea de
paso del tornillo, por lo tanto:
tan  =

(.)
(2-9)
Realizando esta sustitución el par torsional necesario para subir una carga () y
para bajar una carga () es:
 =
 =
. (Ф.+)
[(Ф−.)]
2
. (− Ф.)
2
[ (Ф+.) ]
(2-10)
(2-11)
20
Donde:

F es la fuerza a mover

Dp es el diámetro de paso

Ф es el ángulo de rosca

 es la fuerza de fricción

 es el ángulo de avance
2.1.4. CÁLCULO DE FUERZAS RADIALES
El factor principal para tomar en cuenta estos cálculos, es el peso de la bancada,
para conocer el mismo se procede a separar la bancada que está sujeta mediante
pernos a la máquina, como se puede apreciar en la Figura 17; esto se realiza
porque la máquina es de fabricación artesanal.
Figura 16. Desmontaje de bancada de la perforadora de madera.
Fuente: Autor
Un vez separada la bancada, se procede a pesar mediante una pesa electrónica,
cuyo valor corresponde a 259,2 [lb], como se puede apreciar en la Figura 18.
21
Figura 17. Utilización de una pesa electrónica para conocer el peso de la bancada.
Fuente: Autor
Para seleccionar el motor, es necesario calcular la fuerza que ejerce la bancada
sobre el tornillo de potencia:
Peso máximo bancada:
Peso (W) = 259,2 [lb]
->
117,57 [Kg]
Ec.2. 1: Peso máximo bancada
 =  .
(2-1)
 = (117,57 []). (10 ⁄ 2 )
 = 1175,7 []
Donde:
, es la fuerza
, es la masa del cuerpo
, es la gravedad
Una vez obtenido este valor, se procede a calcular todas las fuerzas necesarias
para que el posicionamiento vertical opere sin problema, en donde se explica la
selección del servomotor, así como de sus características.
22
2.1.5. CÁLCULOS DE RELACIÓN DE TRANSMISIÓN PARA
SELECCIONAR EL SERVOMOTOR
2.1.5.1.
Par torsional para subir una carga
 =
 =
. (Ф.+)
2
[(Ф−.)]
(1175,7[])(22,1[])
2
(2-10)
( 14,5°)( 4,2°)+0,15
[(
14,5°)− (0,15)( 4,2°)
]
(0,968)(0,073)+0,15
 = 12991,485 [. ] [(0,968)− (0,15)(0,073)]
 = 12991,485 [. ] [
0,221
0,957
]
F = 1175,7 []
Dp = 22,1 [mm]
Ф = 14,5°
 = 4,2°
 = 3001,28 [. ] = 3,00 []
 = 0,15
2.1.5.2.
Par torsional para bajar una carga
 =
 =
. (− Ф.)
2
[ (Ф+.) ]
(2-11)
(1175,7 [])(22,1[]) 0,15 − ( 14,5°)( 4,2°)
[
]
( 14,5°) + (0,15)( 4,2°)
2
(0,15) − (0,968)(0,073)
 = 12991,485 [. ] [
]
(0,968) + (0,15)(0,073)
 = 12991,485 [. ] [
0,0793
]
0,978
 = 1053,4 [. ] = 1,05 []
Para la selección de este servomotor se considera el par torsional necesario para
subir una carga y la velocidad de giro necesaria para movilizarse:
23

Velocidad lineal:
Tornillo = 600 mm
Tiempo = 20seg como mínimo
V=
600 []
= 13,5 ⁄
44 
El tornillo de potencia ACME es de 1” de diámetro, con cinco roscas por pulgada,
entonces la carga se mueve 1⁄5 de pulgada en cada revolución, entonces la
velocidad de giro es:
1
[] = 0,2 [] = 5,08 []
5
=
2.1.5.3.
13,5 [] 1 [] 60 []
.
.
= 160 
1 [] 5,08 [] 1 
Relación de transmisión entre engranajes E3 y E4:
 =

3
4
=
3 =
3 =
4
=
4
3
=
4
3
=
3
4
(2-2)
Velocidad angular:
4
Z3= 15 dientes
3
4∗4
w4= 160 [rpm]
3
(30)∗(160[])
15
3 = 320 []

3
Z4 = 30 dientes
w3 = ?
Par torsional:
T3 · ω3 = T4 · ω4
(2-4)
24
T4= 3,00 [Nm]
3 =
3 =
4∗4
w3= 320 [rpm]
3
(3,00[])∗(160[])
w4= 160 [rpm]
320[]
3 = 1,5 []
2.1.5.4.
T3= ?
Relación de transmisión entre engranajes E1 Y E2:
 =

1
2
2
1
=
2
1
=
1
2
(2-2)
Velocidad angular:
1
2
=
1 =
1 =
2
Z1= 32 dientes
1
2∗2
w2= 320 [rpm]
1
(36)∗(320[])
Z2 = 36 dientes
32
 =  []

=
w1 = ?
Par torsional:
T1 · ω1 = T2 · ω2
T1 · ω1 = T2 · ω2
1 =
1 =
2∗2
1
(1,5[])∗(320[])
360[]
 = ,  []
(2-4)
T2= 1,5 [Nm]
w1= 360 [rpm]
w2= 320 [rpm]
T1= ?
Como se puede observar  muestra el par torsional mínimo que debe tener el
servomotor, y  muestra la velocidad angular mínima del mismo, datos
fundamentales para la selección del servomotor.
25
La Tabla 2 permite comparar los datos necesarios para que trabaje el sistema de
posicionamiento vertical con los datos del servomotor seleccionado, cumpliendo el
dispositivo con lo requerido.
Tabla II. Tapa comparativa de datos necesarios y los seleccionados del servomotor.
Par torsional [Nm]
Velocidad angular [rpm]
Necesario
1,33
360
Motor seleccionado
2,39
3000
Fuente: Autor
2.1.6. ANÁLISIS DEL EJE DEL SISTEMA DE TRANSMISIÓN
En el sistema de transmisión de movimiento, como se indica en la Figura 19, se
puede apreciar que el componente expuesto al mayor esfuerzo es el eje de
transmisión, por lo tanto se realiza un análisis de éste para llegar a conocer el factor
de seguridad, y así comprobar su resistencia.
Los datos con los cuales se realizan los cálculos son los valores máximos tanto de
par torsional y velocidad angular, que el servomotor entrega, por consecuencia
tomando como referencia el Figura 2.14, los valores a utilizar son los siguientes:
Figura 18. Mecanismo de trasmisión de movimiento para el posicionamiento vertical.
Fuente: Autor.
26
2.1.6.1.
Relación de transmisión entre engranajes E1 Y E2:
 =

1
2
=
2
1
=
2
1
=
(2-2)
2
Velocidad angular:
1
2
=
2 =
2 =
2
Z1= 32 dientes
1
1∗1
w1= 3000 [rpm]
2
(32)∗(3000[])
36
 = ,  []

1
Z2 = 36 dientes
w2 = ?
Par torsional:
El par torsional proporcionado por el motor se toma en referencia por la Curva
característica del Par torsional vs Velocidad angular, Figura 66, del capítulo 3.
 Par torsional continuo:
T1 · ω1 = T2 · ω2
T1 · ω1 = T2 · ω2
2 =
2 =
1∗1
2
(2,61[])∗(3000[])
2666,66[]
 = ,  []
(2-4)
T1= 2,61[Nm]
w1= 3000 [rpm]
w2= 2666,66 [rpm]
T2= ?
 Par torsional instantáneo:
T1 · ω1 = T2 · ω2
2 =
2 =
1∗1
2
(7,83[])∗(3000[])
2666,66[]
 = ,  []
T1= 7,83[Nm]
w1= 3000 [rpm]
w2= 2666,66 [rpm]
T2 = ?
27
2.1.6.2.
Diagrama de cuerpo libre del eje:
Los valores que intervienen en el diagrama de momentos torsionales para el eje
son:
Figura 19. Momentos torsionales que actúan sobre el eje
Fuente: Autor
Cabe recalcar que el momento torsional en B, (MB), representa la condición mínima
para romper el punto de inercia, cálculo que se puede observar en la relación de
transmisión entre engranajes E3 y E4, en los cálculos de relación de transmisión
para seleccionar el servomotor.
 Diagrama de esfuerzos:
Dado que el eje no es expuesto a una flexión, tensión o compresión, V = 0; por lo
tanto no existe esfuerzos normales.
Figura 20. . Diagrama de esfuerzos del eje.
Fuentes: Autor.
Diagrama de momentos torsionales:
Figura 21. Diagrama de momentos del eje
Fuentes: Autor.
28
2.1.6.3.
Resistencia a la fatiga
Para el análisis de resistencia a la fatiga se debe conocer varios factores que
intervienen en éste, entre los principales a tomar en cuenta son las fuerzas que
actúan, dimensiones, propiedades del material, etc.
Figura 22. Dimensiones del eje.
Fuentes: Autor.
Tabla III. Datos iniciales del eje
Nombre
Símbolo
Valor
Resistencia última a la tensión
Sut
440 [MPa]
Resistencia a la fluencia
Sy
370 [MPa]
Dureza Brinell
HB
126 [Mpa]
Par torsional máximo
Tmáx
8,8103 [Nmm]
Par torsional mínimo
Tmín
2,93103 [Nmm]
Diámetro del eje
d
30 [mm]
Distancia del eje
a
180 [mm]
Fuente: Autor
Los tres primeros datos que se muestran en la Tabla 3, son extraídos del Anexo A6 propiedades acero AISI 1018.
Los siguientes factores, así como el procedimiento para establecer el análisis del
eje del sistema de transmisión se lo realiza según Shigley.
o Factor de concentración de la torsión por fatiga (Kfs)
Sensibilidad a la muesca (q):
Kfs = 1 + q(Kts-1)
;
q = 0 -> no existe muesca
 Kfs = 1
29

Torsión máxima (á ):
Figura 23. Torsión máxima en el eje.
Fuente: (Mott, 2006)
á
Donde:

.
. . 
2 = 16 
=
=
 4

 3
32
, es la torsión máxima
, es el factor de concentración de la torsión por fatiga
, es el par torsional [Nmm]
, es el diámetro del eje [mm]
á

(16)(8,8103 [])
=
= 1,66 [] = 
(30[])3
Límite de resistencia a la fatiga en ubicación crítica (Se)
 = . . . . .  ′
Para encontrar el valor de (Se), es necesario obtener los datos de los diferentes
factores que a continuación se describen:
30
o Límite de resistencia a la fatiga en barra giratoria ( ′ ):
Figura 24. Límite de resistencia a la fatiga en barra giratoria (′ ).
Fuente: (Budynas & Nisbett, 2008)
 ′ = 0,5  = (0,5)(440) = 220 []
o Factor de superficie (Ka):
Figura 25. Factor de superficie (Ka).
Fuente: (Budynas & Nisbett, 2008)
 =  
 = 4,51
;
 = −0,265
 = (4,51)(440)−0,265 = 0,899
o Factor de tamaño (Kb):
Figura 26. Factor de tamaño (Kb).
Fuente: (Budynas & Nisbett, 2008)
31
Como d = 30[mm]:
 = 1,24−0,107
;
2,79 <= d <= 51mm
 = 1,24(30)−0,107
 = 0,86
o Factor de modificación de la carga (Kc):
Figura 27. Factor de modificación de la carga (Kc).
Fuente: (Budynas & Nisbett, 2008)
 Kc = 0,59
o Factor de temperatura (Kd):
Figura 28. Factor de temperatura (Kd).
Fuente: (Budynas & Nisbett, 2008)
 Kd = 1
;
20°C
32
o Factor de confiabilidad (Ke):
Figura 29. Factor de confiabilidad (Ke).
Fuente: (Budynas & Nisbett, 2008)
 Ke = 0,814
;
Confiabilidad, 99%
Una vez obtenidos los diferentes factores, se reemplaza en la fórmula E_ :
 = . . . . .  ′
 = (0,899)(0,86)(0,59)(1)(0,814)(220)
 = 81,68 []
o Fracción de resistencia a la fatiga (f), de Sut a 103 ciclos:
 = 0,9
;
Sut <= 70 [Kpsi] ó 482,6 [MPa]
Este valor es asignado a través del gráfico que se encuentra en el anexo A-6.
Según Shigley, la torsión cortante es:
o El límite de fatiga a torsión es aproximadamente la mitad del límite de duración
a flexión:
Ssu = 0,67 (Sut)
Ssu = 0,67 (440 [MPa])
Ssu = 295 [MPa]
33
o El límite de resistencia a la fluencia a torsión es:
Ssy = 0,577 (Sy)
Ssy = 0,577 (370 [MPa])
Ssy = 213,5 [MPa]
o Coeficientes de fatiga 103 y 106 :
=
=
(.)2

[(0,9).(295)]2
 = 863
.
3

)
1
(0,9).(295)
3
81,68
 = −  (
;
81,68
1
 = −  (
;
)
 = −0,17
;
o Número de ciclos:
 1⁄
= ( )

1
1,66 ⁄−0,17
= (
)
863
 = 9,461015 ciclos => Número de ciclos a la falla
o Resistencia a la fatiga ():
 = .  
 = (863)(9,4610
15 −0,17
)
 = 1,66 [MPa]

Factor de seguridad según Von Mises:
A continuación se realiza un análisis del eje tomando como referencia la teoría de
Von Mises, para realizar los cálculos se requiere el esfuerzo cortante máximo y
mínimo que se aplica en el eje.
34
Cabe aclarar que  = 1, al carecer el eje de una muesca.

.
. . 
2 = 16 á
á =
=
 4

 3
32
(16)(8,8103 [])
á =
= 1,66 []
(30[])3
16 í
 3
(16)(2,93103 [])
=
= 0,55 []
(30[])3
í =
í
o Esfuerzo cortante alternante:
á − í
2
(1,66) − (0,55)
 =
2
 =
 = 0,555 []
o Esfuerzo cortante medio:
á + í
2
(1,66) + (0,55)
 =
2
 =
 = 1,105 []
o Von Mises:
1⁄
2
 ′ = {3[()ó . ( )ó ]2 }
1⁄
2
′ = {3[0,555]2 }
= 0,96 []
1⁄
2
 ′ = {3[()ó . ( )ó ]2 }
1⁄
2
′

= {3[1,505]2 }
= 1,91 []
35
o Fluencia localizada:



213,5
= ′
=
= 74,4
′
 + 
(0,96 + 1,91)
′
′ + 
=
o Criterios de falla:
El criterio de Soderberg basa su teoría con respecto a la resistencia a la fluencia
(Ssy); mientras que Goodman y Gerber mantienen su teoría a través de la
resistencia última o ruptura (Ssu)
Tabla IV. Criterios de falla
Soderberg
Goodman - modificado
′
′

1
+
=
 

′
′

1
+
=
 

0,96
1,91
1
+
=
81,68
295

0,96
1,91
1
+
=
81,68 213,5

 = 54,86
 = 48,31
Gerber
n=
n=
1
1  2
2
( ′

295 2
′

2
′
2 
) . () {−1 + √1 + ( .
}
′ )

0,96
( ) . (81,68) {−1 + √1 + (
2 1,91
2(1,91)(81,68) 2
(295)(0,96)
) }
n = 68,41
Fuente: Autor.
36

Análisis del eje mediante el software “SolidWorks”
El software “SolidWorks” mediante su herramienta “Simulation Xpress” permite
realizar estudios de tensiones de piezas para obtener resultados de esfuerzos
mínimos y máximos cuando se genera cierta cantidad de esfuerzo por acción de
una o varias cargas estáticas. (LLC, 2014).
SolidWorks así como otros softwares de diseño utilizan el “Método de Elementos
Finitos”, este es un método numérico que se utiliza para resolver ecuaciones
diferenciales de problemas físicos de geometría compleja.
Esta herramienta necesita de un mallado para resolver por elementos finitos, esto
se debe a que el enmallado separa sistemáticamente uno o varios elementos de
una pieza para así analizarlo y obtener resultados, por lo tanto mientras más fina la
malla, los resultados consecuentemente serán más precisos.
Los nodos son todos los puntos que se realizan en el mallado, y los elementos son
las superficies formadas por los nodos.
Figura 30. Enmallado del eje, SolidWorks_Simulation
Fuente: Autor
SolidWorks utiliza el criterio de falla de Von Mises para obtener los esfuerzos
máximos y mínimos generados en la pieza, la Figura 32 muestra didácticamente la
37
simulación, donde el color rojo en la superficie del eje, punto más crítico tiene un
factor de seguridad mínimo; mientras que el interior tiene un color azul que muestra
un factor de seguridad máximo, es decir éste no presenta problema en el análisis.
Figura 31. Factor de seguridad, SolidWorks_Simulation.
Fuente: Autor
Según SolidWorks el factor de seguridad mínimo es:
 = 31
Al comparar los resultados obtenidos teóricamente mediante los criterios de falla,
es claro observar que los resultados finales varían un poco, esto se debe a los
diferentes cálculos matemáticos que utiliza cada criterio de falla, así como también
el criterio utilizado en la selección de los factores.
2.1.7. ANÁLISIS DEL ENGRANE E1 Y E2 DEL SISTEMA DE
TRANSMISIÓN
El análisis de los engranajes E1 y E2 permite conocer las fuerzas que actúan sobre
éstos, el factor de seguridad con el cual están trabajando, y la confiabilidad que
brindan en el proceso.
38
En la Figura 33, se puede apreciar la relación de transmisión, donde el eje del
engranaje (E1), corresponde al servomotor; y el eje del engranaje (E2) corresponde
al eje que se analiza anteriormente.
Figura 32. Relación de transmisión entre engranaje 1 (E1) y engranaje 2 (E2).
Fuente: Autor
Para una mejor referencia, en la Tabla 5, se encuentran los datos iniciales de los
engranes E1 y E2.
Tabla V. Datos iniciales de los engranes E1 y E2.
Dato
Símbolo
Piñón
Engrane
Diámetro primitivo

64[mm]
72[mm]
Número de dientes

32[dientes]
36[dientes]
Módulo

2[mm]
2[mm]
Ancho de cara

10[mm]
10[mm]
Paso circular

6,28[mm]
6,28[mm]
Diámetro exterior

68[mm]
76[mm]
Diámetro interior

59[mm]
67[mm]
Profundidad total
ℎ
4,5[mm]
4,5[mm]
Grueso del diente

2,98[mm]
2,98[mm]
Hueco del diente

3,3[mm]
3,3[mm]
Cabeza del diente
ℎ
2[mm]
2[mm]
Pie del diente

2,5[mm]
2,5[mm]
Ángulo de presión
Ф
20°
20°
Fuente: Autor
Las propiedades del material del cual están compuestos los engranajes es de suma
importancia para el estudio de los mismos, la Tabla 6 muestra las resistencias a la
39
fractura y a la fluencia, del acero al cromo-molibdeno (AISI 4140), datos que se
pueden revisar en el anexo A-6.
Tabla VI. Propiedades del materiales de los engranes, acero AISI 4140 recocido
Engranaje (E1)
Engranaje (E2)
Resistencia última a la tensión (Sut)
655 [MPa]
655 [MPa]
Resistencia a la fluencia (Sy)
417 [Mpa]
417 [Mpa]
197
197
Dureza Brinell ( )
Fuente: (Budynas & Nisbett, 2008)
2.1.7.1.
Diagrama de cuerpo libre de las fuerzas y momentos que actúan sobre
dos engranes:
Figura 33. Diagrama de cuerpo libre.
Fuente: (Budynas & Nisbett, 2008)
Las reacciones entre los dientes acoplados se presentan a lo largo de la línea de
presión. En la Figura 34 (a), el piñón se separa del engranaje, y sus efectos se
sustituyeron por fuerzas; donde 1 es la fuerza, y 1 es el par de torsión, que
ejerce el eje  (eje del servomotor) contra el piñón 1. 21 es la fuerza que ejerce el
engrane 2 contra el piñón. Mediante un procedimiento similar se obtiene el
diagrama de cuerpo libre del engranaje.
40
Figura 34. Diagrama de cuerpo libre, a) engranaje E1, b) engranaje E2.
Fuente: (Budynas & Nisbett, 2008)
Las fuerzas se resolvieron en componentes radial y tangencial, por lo tanto ahora
se define a  = 21 , como la carga transmitida; es importante aclarar que esta
carga tangencial es la componente útil ya que la carga radial 21 no tiene utilidad
ya que no transmite potencia.
El par de torsión que se aplica y la carga que se transmite se relaciona mediante la
ecuación:
=
Donde:


2 
 = 1
 = 1
La potencia transmitida  a través de un engrane rotatorio se puede obtener
mediante la ecuación:
 = .  = (
Donde:

 ).
2 
 es la potencia transmitida
 es el par de torsión
 es la velocidad angular
Debido a que los engranes acoplados son eficaces, con pérdidas menores a 2%, la
potencia se trata como una constante a través del acoplamiento, es decir que en
un par de engranes acoplados proporcionan la misma potencia, sin tener en cuenta
el engranaje que se utilice.
41
Por lo tanto para encontrar el factor de seguridad, se requiere el valor de la carga
transmitida, que en el sistema internacional se muestra de la siguiente forma:
 =
Donde:
60000 
. . 
 es la carga transmitida, [KN]
 es la potencia, [KW]
 es el diámetro del engrane, [mm]
 es la velocidad, [rpm]
o Potencia transmitida:
 = . 
 = (7,83[])(3000[])
 = (7,83[])(314,16[⁄])
 = 2459,8 [] = 2,45 []
o Carga transmitida:
60000 
. . 
(60000)(2,45)
 =
(64)(3000)
 =
 = 0,24 []
2.1.7.2.
Ecuación del esfuerzo AGMA:
Según Shigley se muestran las siguientes ecuaciones permiten determinar los
esfuerzos a los que están sometidos los engranajes.

Esfuerzo de flexión:
1
. 
 =  . . . . (
).(
)
. 

Donde:
 es el esfuerzo por fatiga a tensión de flexión intermitente
 es la carga transmitida
42
 es el factor de sobrecarga
 es el factor dinámico
 es el factor de tamaño
 es el módulo del engranaje
 es el ancho de cara del diente
 es el factor de distribución de carga
 es el factor de espesor del aro
 es el factor geométrico
Todos los factores que componen la ecuación del esfuerzo de flexión, se muestran
a continuación:

Factor de sobrecarga ():
La información sobre la selección del valor para este factor se encuentra en el
anexo A-14.
 = 1

Factor geométrico ():
La información sobre el criterio de la selección del valor para este factor se
encuentra en el anexo A-6.
Para un piñón de 32 dientes

=>
 = 0,38
Factor dinámico ():
La gráfica que muestra el factor dinámico  requiere como dato la velocidad de
línea de paso, la cual se obtiene mediante la ecuación:
 = 33000
Donde:


=>
 = 33000


 es la carga transmitida, lbf
=>  = 0,24 [] = 53,45[]
 es la potencia, HP
=>  = 2,45[] = 3,286 []
 es la velocidad de línea de paso, pie/min
 = 33000


43
 = 33000
3,286
= 2028,77 [/]
53,45
El anexo A-6 muestra la selección del factor dinámico, cabe recalcar que al número
de calidad (), se asigna el valor  = 7, este valor corresponde a calidad
comercial.
 = 1,5
=>

Factor de tamaño ():
 = 1,1192 (
Donde:
.  0,0535
)

La cara del diente:
 = 10[]
El factor geométrico:
 = 0,38
El paso circular:
 = 6,28[]
(10)(0,38) 0,0535
 = 1,1192 (
)
6,28
 = 1

Factor de distribución de carga ( ):
La información sobre la selección del valor para este factor se encuentra en el
anexo A-16
Si
 = 10 []
 ≤ 50 []

=>
 = 1,6
Factor de espesor del aro ( ):
El anexo A-6 muestra el criterio necesario para encontrar el factor buscado, como
indica el gráfico en este anexo, se requiere obtener el valor de  , el cual se calcula
de la siguiente forma, (Engranajes cilíndricos: Consideraciones en el diseño., 2014):
 =
Donde:

ℎ
El espesor del aro debajo del diente:
 = 3[]
44
ℎ = 4,5[]
La profundidad total:
 =
3[]
= 0,66
4,5[]
Figura 35. Selección del factor de espesor del aro ( ), mediante la variable ( ), según (ANSI/AGMA 2001-D04).
Fuente: (Budynas & Nisbeth, 2008)
Como:
 < 1,2
  = 1,6
2,242

= 1,6
2,242
0,66
= 1,9
Al encontrar los valores de todos los factores que involucran la ecuación para
encontrar el esfuerzo por fatiga a tensión de flexión intermitente (), se reemplaza
dichos valores en la ecuación:
1
. 
 =  . . . . (
).(
)
. 

1
(1,6)(1,9)
 = (240[])(1)(1,5)(1) (
).(
)
(2[])(10[])
0,38
 = 144 []

Esfuerzo de contacto:


 =  ( . . . . (
) . ( ))
. 

Donde:
1⁄
2
 es el esfuerzo por fatiga a tensión de contacto intermitente
 es el coeficiente elástico
 es el diámetro de paso del piñón, [mm]
 es el factor de condición de superficie
 es el factor geométrico de resistencia a la picadura.
45
Las otras variables que componen la ecuación, corresponden a los valores ya
encontrados.

Coeficiente elástico ( )
1⁄
2
1
 = [
]
2
1 − 
1 −  2
( 
+
 )

El anexo A-6 muestra los valores del módulo de elasticidad y relación de Poisson
para el acero, del cual se encuentran constituidos los engranajes, cabe resaltar que
los dos engranajes están compuestos por el mismo material.
 = 0,292
&
 = 207[]
1⁄
2
1
 = [
]
2
1 − (0,292)
1 − (0,292)2
(
+
)
207000[] 207000[]
 = 190[]

Factor de condición de superficie ( )
Depende de:
 Acabado superficial, ya que se ve afectado por corte, cepillado,
esmerilado, aunque no es lo único que influye en el mismo.
 Esfuerzos residuales.
 Efectos plásticos (endurecimiento por trabajo).
Las condiciones superficiales estándar de dientes de engranes aun no sean
establecido. Cuando se tenga el conocimiento de que existe un efecto perjudicial
en el acabado superficial, AGMA sugiere para esos casos un valor de Cf mayor que
la unidad.
  = 1
46

Factor geométrico de resistencia a la picadura ():
El factor geométrico  para engranajes externos está dado por la ecuación:
cos ∅ . ∅

= (
)(
)
2
 + 1
Donde:
La carga compartida,  = 1 para engranajes rectos
Por tanto, la variable de relación de velocidad  se obtiene mediante la ecuación:
 =

ú    
=

ú    ñó
 =
36
= 1,125
32
Una vez obtenido las variables faltantes, el factor geométrico  es:
(cos 20°)(20°)
1,125
= (
)(
)
2(1)
1,125 + 1
  = 0,085
Finalmente al obtener todos los factores que involucran la ecuación para encontrar
el esfuerzo por fatiga a tensión de contacto intermitente, se reemplaza los valores:


 =  ( . . . . (
) . ( ))
. 

1⁄
2
1,6
1
 = 190[] ((240[])(1)(1,5)(1) (
).(
))
(64[])(10[])
0,085
1⁄
2
 = 608[]
2.1.7.3.
Factor de seguridad:
Las normas ANSI / AGMA 2001-D04 y D04-2101, (AGMA STANDARD, 2004)
contienen un factor de seguridad  , protección contra fallo por fatiga de flexión y
factor de seguridad  , protección contra picaduras.
47

Factor de seguridad contra fallo por fatiga de flexión:
 =

 .  /( .  )

Factor de seguridad contra fallo por picaduras:
 =
Dónde:
 .  .  /( .  )

 , esfuerzo de contacto permisible
 , esfuerzo de contacto permisible
 , Factor de ciclos de carga a flexión
 , Factor de ciclos de carga a la picadura
 , Factor de relación de dureza
 , Factor de confiabilidad
 , Factor de temperatura

Factor de relación de dureza ( )
El piñón comúnmente tiene un número menor de dientes que el engranaje por lo
tanto se somete a más ciclos de tensión de contacto.
El valor de  se puede obtener al observar el anexo A-20, en donde la condición
se cumple al ser los engranajes del mismo material, por tanto la misma dureza
Brinell  = 197, cuyo valor se puede verificar en el anexo A-13.
Donde la condición:
Al reemplazar:


197
197
< 1,2
< 1,2 => 1 < 1,2
  = 1
48

Factor de confiabilidad ( ):
Figura 36. Selección del factor de confiabilidad.
Fuente: (Budynas & Nisbeth, 2008)
Para confiabilidad de 0,99

=>
 = 1
Factor de temperatura ( ):
Para temperaturas de engranajes de hasta 120°C, utilice  = 1

Factor de ciclos de carga a flexión ( ):
El anexo A-6 permite analizar las condiciones del valor del factor de ciclos de carga
 , que en este caso para 105 ciclos, el valor a ser asignado mediante la ecuación
es:
 = 2,3194 −0,0538
 = 2,3194(105 )−0,0538
 = 1,103

Factor de ciclos de carga a flexión ( ):
El anexo A-6 permite identificar las condiciones del valor del factor de ciclos de
carga  , que en este caso para 105 ciclos, el valor a ser asignado mediante la
ecuación respectiva es:
 = 2,466 −0,056
 = 2,466(105 )−0,056
 = 1,138
49

Esfuerzo de contacto permisible ( ):
Para evitar errores en la nomenclatura utilizada, AGMA dispone asignar los valores
de resistencia a la flexión de engranajes, como  ; el anexo A-23 muestra la
ecuación a ser utilizada para el acero AISI 4140, la misma que se muestra a
continuación:
 = 0,568  + 83,8[]
 = (0,568)(197) + 83,8[]
 = 195,7 []

Esfuerzo de contacto permisible ( ):
El anexo A-24 muestra la ecuación grado 1, a ser utilizada para el acero AISI 4140,
la misma que se muestra a continuación:
 = 2,22  + 200[]
 = (2,22)(197) + 200[]
 = 637,34[]
Una vez obtenidos los factores necesarios, se procede a reemplazar en las
respectivas ecuaciones:

Factor de seguridad contra fallo por fatiga de flexión:
 .  /( .  )

(195,7[])(1,103)/(1)(1)
 =
144[]
 =
 = 1,5

Factor de seguridad contra fallo por picaduras:
 =
 =
 .  .  /( .  )

(637,34[])(1,138)(1)/(1)(1)
608[]
 = 1,2
50
2.1.8. VISUALIZACIÓN DEL MOVIMIENTO DEL SISTEMA
La visualización de la distancia la cual recorre la mesa de trabajo de la máquina se
debe gracias a los datos (pulsos por revolución) que se adquiere del puerto X3, en
el cual se encuentra la salida del Encoder, cuyos pulsos (A y B) son ingresados en
un contador de pulsos, el cual visualiza la distancia que recorre dicha mesa, vital
en el trabajo del operario.
2.1.8.1.
Encoder interno del servodriver
Los encoder son transductores electromecánicos que convierten la rotación del eje
en pulsos de salida, que se puede contar para medir las revoluciones del eje o
ángulo del eje, lo cual proporciona información sobre la posición y velocidad del eje
del motor, (Servo Motor Glossary Terms, sf).
La resolución del encoder determina la precisión de posicionamiento del motor. Por
ejemplo, la resolución del servomotor que se utiliza para el posicionamiento vertical
es de 2,500 pulsos / revolución, es decir una rotación del eje del motor (360°) se
puede dividir en 2500 partes.
Obteniendo una óptima resolución de 0,144° de giro del eje del servomotor por cada
pulso.
Figura 37. Resolución del encoder
Fuente: (Servo Motor Glossary Terms, sf)
51
Los tipos de encoders más utilizados son incrementales y absolutos; cuyo
funcionamiento se describe a continuación:
Encoder incremental:
Las partes que conforman un encoder incremental óptico se muestran en la Figura
37. Su funcionamiento es mediante un disco de códigos montado en el eje del
encoder, este rota entre una fuente de luz interna, por lo general un diodo emisor
de luz por uno de los lados, y del otro lado la máscara y el fotodetector.
El disco de códigos incremental contiene un patrón de igual espaciados segmentos
opacos y transparentes, como se muestra. Las señales electrónicas que se generan
por la codificación de la junta directiva se introducen en un controlador de
movimiento que calcula información de posición y velocidad para fines de
retroalimentación.
Figura 38. Encoder Incremental y sus respectivas partes que lo conforman
Fuente: http://www.tecnoficio.com/electricidad/velocidad_de_motores_electricos5.php
El encoder de cuadratura es el tipo de encoder incremental más común. La luz del
led pasa a través del disco de código rotativo y la máscara antes de que llegue el
fotodetector de montaje. Las señales de salida del fotodetector se convierten en
dos canales de pulsos cuadrados (A y B) como se muestra en la Figura 39.
El número de pulsos cuadrados para cada canal es igual al número de segmentos
de disco que dejan pasar la luz hacia los fotodetectores mientras el disco gira. Las
formas de onda están desfasadas 90 º entre sí. Si, por ejemplo, los impulsos en el
canal A adelantan a los del canal B, el disco está girando en el sentido de las agujas
52
del reloj, pero si el pulso del canal A esta retrasado al del B, el disco está girando en
sentido antihorario, mediante el número de pulsos, la frecuencia de pulsos y el
desfase de las señales A y B, se puede controlar la posición, la velocidad y el
sentido de giro respectivamente.
En conclusión, en relación de velocidad de pulso y posición; el ángulo de rotación
(posición) es proporcional al número de impulsos, y la velocidad es proporcional a
la frecuencia del pulso.
Figura 39. Pulsos en canales A, B y Z de un encoder incremental
Fuente: www.tecnoficio.com/electricidad/velocidad_de_motores_electricos5.php
Muchos codificadores de cuadratura incremental también incluyen un tercer canal
de salida Z para obtener un cero de referencia o señal de referencia que se
produce una vez por revolución. Este se utiliza para activar ciertos eventos con
precisión dentro del sistema. La señal también se puede utilizar para alinear el eje
del encoder hacia una referencia mecánica. (Automatización industrial, sf).
2.1.8.2.
Contador de pulsos
El servodriver contiene un encoder incremental, cuyos pulsos no se encuentran
linealizados, el ruido visualizado en el osciloscopio supera a la señal de estos, por
tal motivo se decide conveniente utilizar un contador de pulsos, el dispositivo
seleccionado es FH8-6CRNB-F of Counter/Length/Batch Meter de marca MYPIN,
53
se inclina la decisión por su gran ventaja ante cualquier otro contador de pulsos, ya
que este tiene la facultad de convertir los pulsos ingresados a una escala de
distancia ajustable, permitiendo visualizar el movimiento del servomotor, y dicho así
la ubicación de la bancada.
Figura 40: Panel de control y visualización del contador de pulsos, Mypin FH Series
Fuente: (MYPIN ELECTRICAL CO., LTD, sf)
Simbología:
① Valor medido
② Valor preestablecido
③ OUT1/OUT2: Lámpara de salida
BT: Lámpara indicador de conteo
SV2: La segunda lámpara de aviso para el valor preestablecido
④ Botones:
SET: Selecciona, confirma.
<</Rst: Reset del contador
۸ : Botón arriba
۷ : Botón abajo
2.1.8.3.
Configuración del contador de pulsos:
La configuración del contador de pulsos se realiza mediante parámetros internos,
los pasos a seguir se detallan a continuación:
1) Presionar el botón SET por más de tres segundos permite desplegar
los parámetros del dispositivo.
54
2) El primer parámetro es Pc, el cual permite ajustar el conteo de
velocidad.
3) Una vez configurado el primer parámetro, se debe presionar SET
hasta llegar al séptimo parámetro (lnP), esto se debe a que los
anteriores cinco parámetros son utilizados para configurar la salida
deseada; este séptimo parámetro permite configurar el modo de
entrada del contador, el modo elegido entre A,B,C,D es el D, el motivo
de esto se debe al modo de ingreso de los pulsos, como se aprecia
en la Figura 2.20:
Figura 41. . Modos de conteo de los pulsos A y B, Contador de Pulsos, Mypin FH Series.
Fuente: (MYPIN ELECTRICAL CO., LTD, sf)
Como se observa en la Figura 41, la selección del modo D se debe a la rapidez con
la que el valor de conteo cambia de ascendente a descendente, en cada pulso que
ingresa, ya sea de forma ascendente si el pulso A excede al pulso B, o caso
contrario descendente si el pulso B excede al pulso A.
4) Seleccionado el modo de entrada de pulsos, presionar SET, para
guardar el dato, y de nuevo presionar SET para avanzar al siguiente
parámetro, el cual permite ubicar el punto decimal, la selección
55
adecuada para la vista del operario es la tercera casilla hacia la
izquierda.
5) El último parámetro necesario para su adecuado funcionamiento es
el ajuste de la velocidad máxima de conteo (CPS)
Ya configurados todos los parámetros se debe ingresar los pulsos del servodriver
al contador de pulsos, tal como lo indica la Figura 2.21.
Figura 42: Conexión del servodriver con el contador de pulsos, Contador de Pulsos, Mypin FH Series.
Fuente: Manual de instrucciones MYPIN, FH series.
2.2.
SISTEMA DE PRENSADO
El sistema neumático básicamente tiene como primordial función prensar el madero
a la mesa de la bancada, para seguridad del operario.
2.2.1. DIAGRAMA GRAFCET
Este diagrama utiliza elementos gráficos que describe los procesos a automatizar,
teniendo en cuenta las acciones a realizar, y los procesos intermedios que este
conlleva.
56
Figura 43. Diagrama Grafcet de la prensa neumática
Fuente: Autor
2.2.2. DIAGRAMA FASE - TIEMPO
Este diagrama permite visualizar el espacio recorrido versus el tiempo
Tabla VII. Diagrama Fase - Tiempo
Fuente: Autor
2.2.3. ESQUEMA NEUMÁTICO
La Figura 45 muestra el esquema neumático implementado para la operación de
prensado, con sus respectivos elementos de alimentación, mantenimiento, mando
y trabajo.
57
Figura 44. Esquema Neumático.
Fuente: Autor
2.2.4. SELECCIÓN DE LOS DISPOSITIVOS DE FUERZA
Los diferentes dispositivos que conforman el sistema neumático son seleccionados
mediante los siguientes parámetros.
Selección del cilindro neumático:
Factor de carga en función de la aplicación requerida
Tabla VIII. Factor de carga para selección del cilindro neumático
Fuente: (FESTO, 2013)
58
La prensa neumática realiza un movimiento vertical, por lo tanto el factor de carga
correspondiente es 0,5.
Cabe resaltar que para obtener la fuerza con la cual se presiona el madero a la
mesa, se obtiene aplicando peso sobre el madero, hasta que se encuentre
completamente inmóvil para su posterior perforación, este valor corresponde a
50[Kg], o 500[N] si se toma en cuenta la gravedad de 10 [⁄ 2 ].
La Tabla 9 permite conocer la presión de trabajo correspondiente a 0,5 [MPa] (5
bar), esta presión indica el margen entre la presión mínima necesaria y máxima
admisible para el correcto funcionamiento del sistema neumático.
Tabla IX. . Presión de trabajo, Cilindro de doble efecto
Fuente: (FESTO, 2013)
59
La Tabla 10 permite conocer el diámetro necesario del émbolo y la presión de
funcionamiento, mediante los valores conocidos de fuerza,
(F=500[N]), y de
presión disponible en la red, (6 bar), la cual es superior a la presión de
funcionamiento.
Tabla X. Diagrama presión - fuerza
Fuente: FESTO, guía de productos 2013 – 2014.
Forma de proceder:
Desde F=500[N] trazar una línea vertical hasta la línea de 6 bar; el diámetro del
émbolo inmediatamente mayor disponible es de 40 mm, y se sitúa entre las líneas
de 4 y 5 bar, es decir la presión de funcionamiento a ajustar aproximadamente es
4,5 bar.
Festo manifiesta que en este diagrama se ha considerado aproximadamente un
10% de pérdidas por rozamiento.
Diámetro del vástago en función de la carrera l y de la Fuerza F
La Tabla 11 permite conocer el diámetro necesario del vástago mediante los valores
conocidos de fuerza, (F=500[N]), carrera del vástago, (l=100 [mm]), y diámetro del
émbolo, (d1=40[mm]).
60
Tabla XI. Diámetro del vástago en función de la carrera l y de la Fuera F
Fuente: FESTO, guía de productos 2013 – 2014
Forma de proceder:
Desde F=500[N] trazar una línea vertical hacia arriba, hasta la intersección con la
línea l=100 [mm]; el diámetro del vástago inmediatamente superior es 8[mm].
Consumo de aire del cilindro neumático y volumen de aire requerido
El consumo de aire es el volumen de aire consumido en el cilindro, dato
fundamental para seleccionar el compresor; el volumen de aire requerido es el
volumen de aire necesario para hacer funcionar una carga a una velocidad
determinada.
Para lo cual se debe seguir los siguientes pasos:
1) Hallar el punto de intersección entre la presión de trabajo (línea diagonal) y la
carrera del cilindro, desde ese punto trazar una línea vertical hacia arriba.
2) Desde el punto de intersección con el diámetro (línea diagonal) del cilindro a
utilizar, en uno de los costados muestra el consumo que requiere un ciclo del
cilindro neumático.
La Tabla 12 representa la selección descrita:
61
Tabla XII. Consumo de aire del cilindro para un ciclo
Fuente: FESTO, guía de productos 2013 – 2014.
3) Calcule el consumo de aire del tubo igual que en los pasos anteriores, longitud
del conexionado que conecta el cilindro con la electroválvula.
62
Tabla XIII. Consumo de aire del tubo para un ciclo
Fuente: FESTO, guía de productos 2013 – 2014
4) Calcular el consumo de aire total por minuto de la siguiente forma:
Consumo de aire Total = (consumo de aire del cilindro neumático + consumo de
aire del tubo) * número de ciclos por minuto * número de cilindros usados
Consumo de aire Total = ( 1,5 + 20 ) * 6 * 1 = 129 l/min (ANR)
63
2.2.5. ELEMENTOS DE TRABAJO
Una vez obtenidos los valores de los principales criterios para seleccionar el
actuador neumático tales como la fuerza y el recorrido a superar, se opta por el
Cilindro redondo DSNU-40-100-PPV.
Figura 45. Cilindro de sujeción de madera.
Fuente: Autor
Cuyas siglas corresponden a:
Figura 46. Siglas del cilindro neumático DSNU-40-100-PPV
Fuente: FESTO, guía de productos 2013 – 2014
64
Cumpliendo el cilindro neumático de doble efecto a cabalidad con los
requerimientos establecidos anteriormente mediante las diferentes tablas, es
importante aclarar que se toma muy en cuenta la amortiguación neumática
regulable en ambos lados, para salvaguardar la integridad de la madera.
2.2.6. ELEMENTOS DE MANDO
En la Figura 48 se puede observar la electroválvula seleccionada de marca Festo
modelo VUVB-M3 de 110V AC, 3/2 vías, siendo las válvulas de salida las
apropiadas para el trabajo a realizar con el cilindro de doble efecto, con un caudal
nominal que satisface los requerimientos establecidos anteriormente mediante los
diferentes diagramas.
Figura 47. Electroválvula seleccionada.
Fuente: Autor
En la Tabla 14 se puede apreciar las características que cumple el dispositivo con
lo necesitado
Tabla XIV. Datos técnicos de la electroválvula VUVB-M3
Fuente: FESTO, guía de productos 2013 – 2014
65
2.2.7. UNIDAD DE MANTENIMIENTO
Es un elemento de tratamiento de aire; el aire comprimido debe estar libre de
humedad y partículas de polvo, además conviene que tenga un cierto contenido de
aceite lubricante para proteger a la válvula y actuadores por los que circula. La
unidad de mantenimiento contiene un filtro, regulador de presión, manómetro y
lubricador, como se puede apreciar en la Figura 49.
Figura 48. Unidad de Mantenimiento
Fuente: Autor.
Los factores que se toma en cuenta para seleccionar esta unidad de mantenimiento
son su gran rendimiento, adquisición inmediata, compatibilidad, caudal nominal,
presión de funcionamiento y grado de filtración.
Debido a esto la unidad de mantenimiento seleccionada es LFMBA-1/2-D-MIDI, la
cual cumple todos los parámetros mencionados anteriormente, datos que se puede
apreciar en la Tabla 15.
66
Tabla XV. Datos técnicos de la unidad de mantenimiento
Fuente: FESTO, guía de productos 2013 – 2014
Esta unidad de mantenimiento usa un filtro micrónico con un grado de filtración de
0,01 μm que permite limpiar el aire en un 99,999%; la válvula reguladora mantiene
la presión de trabajo a niveles casi constantes, independientemente de las
oscilaciones de presión que sufra la red (alimentación), este ajuste se puede
observar mediante el manómetro; el lubricador de aire a presión permite la
lubricación de los elementos neumáticos de ser necesario, FESTO argumenta que
las válvulas y cilindros neumáticos han sido concebidos de tal modo que si son
utilizados correctamente no precisan de una lubricación adicional.
2.2.8. SELECCIÓN DEL COMPRESOR
La selección del compresor es primordial para el funcionamiento del sistema
neumático ya que este provee del aire comprimido con el cual se trabaja, para
seleccionar un compresor hay que tomar en cuenta la caída de temperaturas, las
fugas y el consumo del equipo intermedio, por lo tanto se debe seleccionar una
capacidad suficiente con una descarga que exceda el consumo de aire total.
67
Festo recomienda seleccionar un compresor con 1,4 veces el consumo de aire total,
y uno con un volumen mayor en caso de ser necesario.
Es por esto que siendo el consumo total del sistema neumático de 129 l/min (ANR),
se decide seleccionar un compresor con 2,0 veces el consumo de aire total, es decir
el doble (258 l/min (ANR)).
Cabe recalcar que la fábrica de muebles clásicos Chandi “FAMUCLACH”, posee un
compresor de 300 l/min (ANR), de 600 [kPa] (6 bar), el cual cumple con los
parámetros deseados.
Figura 49. Compresor utilizado
Fuente: Autor
2.2.9. DESCRIPCIÓN NEUMÁTICA DE FUNCIONAMIENTO
El compresor cumple la función de alimentar con aire comprimido al sistema, el cual
ingresa al filtro de mantenimiento para extraer partículas no deseadas, ingresando
aire comprimido limpio hacia la electroválvula, elemento de mando.
El aire comprimido ingresa a la electroválvula por el canal 1, saliendo el mismo en
su estado natural por el canal 2 hacia el cilindro neumático, que en esta conexión
mantendrá adentro el vástago.
Al activarse la bobina de la electroválvula el aire expulsado hacia el cilindro
neumático cambia de estado, saliendo por el canal 4, haciendo que el vástago salga
a prensar la madera, por consecuente el aire que se encontraba dentro del cilindro
se descarga por el canal 3.
Este proceso será controlado por un relé de 110V AC, el cual se activa mediante el
contacto ON-OFF que se encuentra en el panel de control.
68
2.3.
SISTEMA DE TOPES DE PROFUNDIDAD
El sistema de topes de profundidad dentro de la modernización de la máquina
perforadora lineal de ebanistería tiene el importante papel de optimizar la materia
prima, que se emplea en la construcción de cada mueble.
2.3.1. CONSIDERACIONES GENERALES DEL SISTEMA DE TOPES DE
PROFUNDIDAD
El sistema de topes es vital en el proceso de perforar la madera, ya que mediante
este proceso se puede tener diferentes profundidades de orificios en la madera, el
funcionamiento de este proceso como ya se mencionó en la sección 1.3.2 de este
escrito, el antiguo sistema seleccionaba la profundidad mediante un seguro de
presión (mariposa), pero este sistema no era tan eficiente debido al fallo del seguro;
por este motivo se implementa en el nuevo sistema una varilla con orificios, junto
con el seguro, pasador metálico, en donde cada orificio ya conlleva la distancia
justa para perforar la madera de manera exacta.
2.3.2. ESTÁNDAR DE TIPO DE MADERA
Los tipos de madera que se procede a perforar son tres, conocer la materia prima
es fundamental para establecer estándares con respecto a la medida que se va a
perforar, a continuación se da información detallada sobre esta materia prima:
Haciendo una breve reseña la madera es un material duro y fibroso con distinta
elasticidad según la dirección de deformación, que forma el tronco y las ramas de
los árboles, (Wikipedia, 2014).
Una vez cortada y seca, la madera se utiliza para distintos fines en distintas áreas:

Fabricación de pulpa o pasta, materia prima para hacer papel.

Alimentar el fuego, en este caso se denomina leña y es una de las formas
más simples de biomasa.
69

Menaje: vajillas.

Ingeniería, construcción y carpintería.

Medicina.

Medios de transporte: barcos, carruajes.
La madera se clasifica según su dureza en:

Maderas duras: Son aquellas que proceden de árboles de lento crecimiento,
siendo más densas y resistentes a las inclemencias del tiempo que las maderas
blandas. Éstas a su vez son pesadas y difíciles de trabajar, cortar, rayar,
comprimir o desfigurar.
Producen pocas o nulas estillas y por lo regular tienen un color natural atractivo.
Los árboles catalogados dentro de este tipo son: haya, castaño, roble, etc.

Maderas blandas: Son aquellas que proceden de árboles de rápido
crecimiento. La gran ventaja que tienen respecto a las maderas duras, es su
ligereza y su bajo costo, pero su deficiencia es su poca resistencia ante las
inclemencias del tiempo.
La manipulación de las maderas blandas es mucho más sencilla, aunque tiene
la desventaja de producir mayor cantidad de astillas. La carencia de atractivo
de esta madera hace que sea necesario casi siempre pintarla, barnizarla o
teñirla. Los árboles catalogados dentro de este tipo son: pino, balso, olmo, etc.

Fibras de densidad media (MDF): Es un aglomerado elaborado con fibras de
madera que previamente se han desfibrado, aglutinadas con resinas sintéticas
mediante fuerte presión y calor, en seco, hasta alcanzar una densidad media,
(Wikipedia, 2014)
La diferencia entre un aglomerado y la madera, es que la madera responde a
los cambios de clima expandiéndose y contrayéndose. El aglomerado (MDF) es
más estable.
70
2.3.3. ESTÁNDAR DE TIPO DE MUEBLE
Los muebles que comúnmente se construyen en la fábrica FAMUCLACH son tres,
los cuales son puertas, cómodas y armarios por lo que la perforación de sus partes
para su elaboración se ha priorizado, la fábrica tiene establecidos diferentes
estándares para su respectiva perforación.
En la Tabla 26 se puede identificar los diferentes estándares (distancias) a perforar
para las diferentes partes de los muebles a ensamblar:
Tabla XVI. Profundidad estándar a perforar.
Mueble \ Madera
Suave[cm]
Dura[cm]
MDF[cm]
PUERTA
2,5
3,5
X
CÓMODA
2,0
2,0
1,5
CLÓSET
1,5
1,5
3,0
Fuente: Autor
2.3.4. PERFORACIÓN DE LA VARILLA
Para la perforación de la varilla se ha tomado muy en cuenta las distancias que se
van a perforar, como se puede apreciar en la Tabla 27:
Tabla XVII. Cantidad de orificios correspondientes a las distancias a perforar en la varilla
Cantidad
Profundidad [cm]
1
3,5
2
3,0
3
2,5
4
2,0
5
1,5
Fuente: Autor
La varilla está compuesta de acero de transmisión, para su perforación se utiliza
una broca para acero dulce, mediante un taladro vertical.
71
2.3.5. VISUALIZACIÓN DE LOS ESTÁNDARES ESCOGIDOS
La visualización de los estándares escogidos se da a través de una pantalla LCD,
la cual es configurada mediante el microcontrolador PIC 16F876A, cuyas entradas
y salidas digitales se ven administradas gracias a la selección de los estándares
que el operario necesita, para la configuración de este dispositivo de control se
toma en cuenta la cantidad de pines que se van a utilizar, así como de su
arquitectura y robustez al trabajar.
2.3.5.1.
Microcontrolador PIC 16F876A:
Figura 50. Pines de conexión del microcontrolador PIC16F876A
Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/PIC16F87X#cite_note-Microcontroladores_PIC-1
Los PIC16F87X forman una subfamilia de microcontroladores PIC (Controlador de
Interfaz Periférico) de gama media de 8 bits, fabricados por Microchip Technology
Inc.
Estos
dispositivos
cuentan
con
memoria
de
programa
de
tipo
EEPROM Flash mejorada, lo que permite programarlos fácilmente usando
un dispositivo programador de PIC (PICkit2). Esta característica facilita
sustancialmente el diseño de proyectos, minimizando el tiempo empleado en
programar los microcontroladores (µC), (Wikipedia, 2014).
72
Esta subfamilia consta de los siguientes modelos que varían de acuerdo a
prestaciones, cantidad de terminales y encapsulados:

PIC16F870

PIC16F871

PIC16F872

PIC16F873A

PIC16F874A

PIC16F876A

PIC16F877A
La "A" final de los modelos PIC16F873A, PIC16F874A, PIC16F876A y PIC16F877A
indica que estos modelos cuentan con módulos de comparación analógicos.
El hecho de que se clasifiquen como microcontroladores (MCU) de 8 bits hace
referencia a la longitud de los datos que manejan las instrucciones, y que se
corresponde con el tamaño del bus de datos y el de los registros de la CPU.
Estos microcontroladores tienen la memoria de programa y la memoria de datos
separadas, lo que se conoce como arquitectura Harvard. Esta configuración
interna permite entre otras cosas acceder a las instrucciones de programa y a los
datos simultáneamente a través de buses diferentes, lo que mejora notablemente
la velocidad de proceso de estos dispositivos.
Los dispositivos de la familia PIC16F87X admiten un amplio rango de tensiones de
alimentación, que va de 2,0 V a 5,5 V. La tensión a la cual se alimenten determinará
la frecuencia máxima de trabajo.
La potencia máxima disipada es de 1 W y se calcula mediante la siguiente fórmula:
 =  ( −  ) + [( −  ) ] + (  )
Fuente: Microchip PIC16F87XA Data Sheet, 28/40/44-Pin Enhanced Flash
Microcontrollers, 2003 Microchip Technology Inc, pdf (pág 173)
Donde:
73

 es la tensión suministrada por la fuente de alimentación.

IOH es la corriente suministrada por las salidas del PIC en estado alto.

IOL es la corriente absorbida por las salidas del PIC en estado bajo.

VOH es la tensión entregada por los terminales en estado alto.

VOL es la tensión presente en los terminales en estado bajo.
 = 5
 = 250
 = 20 → 1  
 = 4,30  →   220 Ω
 = 1,3
 = 0,3
 = 5[]. (250[] − (11). (20[]))
+ [(5 − 4,30[])20[]] + (13). [(0,3[]). (1,3[])]
 = 5[]. (250[] − (220[])) + (11). [14[]]
+ (13). [(0,4[]]
 = 150[] + 154[] + 5,2[]
 = 309,2[] = 0,3[]
Reloj del microcontrolador:
El reloj u oscilador se utiliza para generar la base de tiempo del microcontrolador,
para la conexión del oscilador se emplean los terminales OSC1 y OSC2 del
dispositivo.
El oscilador escogido para este proyecto es HS (High Speed), esta selección se
debe por la estabilidad que ofrece y por la utilización de un oscilador de 8MHz.
Los microcontroladores PIC16F87XA emplean por cada ciclo de instrucción cuatro
ciclos de reloj.
74
Esto significa que el microcontrolador debe ejecutar el programa de 189
instrucciones con un reloj de 8 MHz (periodo de reloj de 80 ns), por lo tanto el tiempo
total que emplea para ejecutar todo el programa siendo todas las instrucciones de
un ciclo de instrucciones es de:
=
189 ∗ 4
= 94,5 
8 ∗ 106
El PIC16F876A se escoge debido a sus características puntuales, las cuales son
básicas para este trabajo, ofreciendo con sus 28 pines rendimiento, velocidad de
proceso, seguridad y eficiencia para visualizar el sistema de profundidad que se
implementa.
Las características de este microcontrolador de la serie 16F y más información
técnica se puede observar en el anexo A-5.
2.3.5.2.
Pantalla de cristal líquido (LCD)
La LCD escogida para visualizar la profundidad estándar a perforar es de 16x2, es
decir consta de 16 columnas y 2 filas, la selección de esta LCD de estas
características se debe porque en la primera línea se visualiza el tipo de madera y
el tipo de mueble, y en la segunda línea se describe la distancia a perforar.
Figura 51. LCD, Display de Cristal Líquido
Fuente: www.engineersgarage.com/electronic-components/16x2- lcd-module-datasheet.
75
Tabla XVIII. Pines de conexión de la LCD.
Pin
Símbolo
Descripción
1
Vss
GND
2
Vdd
Alimentación de +5V DC
3
Vo
Contraste del cristal líquido (0 a +5V)
4
RS
Selección del registro de control/registro de
datos:
RS = 0, Selección registro de control
RS = 1, Selección registro de datos
Señal de lectura/escritura:
5
R/W
R/W = 0, Escritura (Write)
R/W = 1, Lectura (Read)
Habilitación del módulo:
6
E
E = 0, Módulo desconectado
E = 1, Módulo conectado
7 – 14
D0 – D7
Bus de datos bidireccional
15
A
Ánodo del LED
16
K
Cátodo del LED
Fuente: Autor
2.3.5.3.
Programación del microcontrolador PIC 16F876A
Las primeras pruebas se realizan mediante el programa de simulación “ISIS
Professional” o también conocido como “Proteus”, que después de configurar los
pines de la LCD en la plataforma de programación “MikroC PRO for PIC”, tomando
referencia del fabricante, (MikroElektronika, 2014), y (TecMikro, 2014), se aprecia
la visualización de los estándares correspondientes previa selección del tipo de
mueble y tipo de madera.
76
Figura 52. Simulación del circuito de selección de estándares para el sistema de profundidad.
Fuente: Autor.
Una vez concluida la simulación con éxito el circuito, se procede a probar el circuito
armado en protoboard, para lo cual se utiliza el compilador “PICkit2” de Microchip,
el cual realiza un interfaz entre el grabador de PICs y la computadora, transfiriendo
el programa que se realiza en MikroC al microcontrolador PIC 16F876A.
Figura 53. Implementación del circuito en protoboard.
Fuente: Autor.
77
Es importante aclarar que el hardware del compilador PICkit2 permite grabar
diferentes tipos de PICs y con diferentes cantidades de pines, así como lo muestra
la Figura 54, por lo que es fundamental conocer la manera en la que se debe
insertar el microcontrolador en las ranuras del compilador.
Figura 54. Forma de insertar el microcontrolador en el PICkit2, uControl.
Fuente: http://www.ucontrol.com.ar/forosmf/proyectos-con-pic/programador-pickit-2-clone-reloaded/480/
Con el correcto funcionamiento del circuito en la protoboard, se procede a diseñar
la placa que conlleva el circuito que da funcionamiento al sistema de profundidad
mediante el software “PCB Wizard”.
Este diseño de la placa se puede apreciar en la Figura 55.
Figura 55. Diseño de placa para selección de estándares del sistema de profundidad.
Fuente: Autor.
Los pines que se utilizan en el microcontrolador se detallan en la Tabla 19.
78
Tabla XIX. Utilización de pines del microcontrolador 16F876A.
PIN
NOMBRE
FUNCIÓN
VARIABLE
1
MCLR
Reset del microcontrolador
Master Clear
2
RA0
Entrada switch mueble – puerta
Posa
3
RA1
Entrada switch mueble – cómoda
posB
4
RA2
Entrada switch mueble – clóset
posC
5
RA3
Entrada switch madera – suave
posX
6
RA4
Entrada switch madera – dura
posY
7
RA5
Entrada switch madera – MDF
posZ
8
VSS
Conexión a GND
GND
9
OSC1
Conexión de Oscilador externo
OSC1
10
OSC2
Conexión de Oscilador externo
OSC2
11
RC0
Salida uno (1)
sal1
12
RC0
Salida dos (2)
sal2
13
RC2
Salida tres (3)
sal3
14
RC3
Salida cuatro (4)
sal4
15
RC4
Salida cinco (5)
sal5
16
RC5
Libre
Libre
17
RC6
Libre
Libre
18
RC7
Libre
Libre
19
VSS
Conexión a GND
GND
20
VDD
Conexión a Tensión (+5V)
Tensión (+5V)
21
RB0
Conexión LCD
LCD_D7
22
RB1
Conexión LCD
LCD_D6
23
RB2
Conexión LCD
LCD_D5
24
RB3
Conexión LCD
LCD_D4
25
RB4
Conexión LCD
LCD_EN
26
RB5
Conexión LCD
LCD_RS
27
RB6
Libre
Libre
28
RB7
Libre
Libre
Fuente: Autor.
79
Las combinaciones de tipo de mueble y tipo de madera que se eligen se puede
observar en la Tabla 20.
Tabla XX. Combinaciones respectivas para salida de estándares de profundidad
Significado de siglas:
A=Puerta, B=Cómoda, C=Clóset, X=Suave, Y=Dura, Z=MDF.
Salida
Distancia
Combinación
Visualización
1
3,5
A_Y
Puerta – Dura
2
3,0
C_Z
Clóset – MDF
3
2,5
A_X
Puerta – Suave
4
2,0
B_X , B_Y
Cómoda – Suave, CómodaDura
5
1,5
C_X, C_Y, B_Z
Clóset - Suave, Clóset - Dura,
Cómoda - MDF
Fuente: Autor
2.4.
PANEL DE CONTROL
El panel de control es la manera directa como el operario interactúa con la máquina,
debido al uso de diferentes switchs para controlar los diferentes procesos y a su
vez la observación de visualizadores que detallan el funcionamiento de los mismos.
2.4.1. DIAGRAMA DE BLOQUES DE LOS SISTEMAS
Figura 56. Diagrama de bloques de los sistemas implementados para modernizar la máquina.
Fuente: Autor.
80
2.4.2. DISEÑO DEL PANEL DE CONTROL
El panel de control permite al operario controlar todos los sistemas implementados
y visualizar al instante información fundamental que permite conocer el estado de
los sistemas, como es el caso del movimiento del servomotor y el sistema de
profundidad.
En la Figura 57 se observa la distribución tanto de los dispositivos de control, como
de los dispositivos de visualización, ocupando la parte inferior del gabinete el paro
de emergencia (STOP), el encendido de los diferentes sistemas, y el sistema de
posicionamiento vertical, esto se debe a que el operario tiene una mayor facilidad
para operar los controles dispuestos en esta.
En la parte superior se encuentra los indicadores luminosos, dos de los cuales
indican si el motor se encuentra en funcionamiento o no, mientras tanto el tercero,
indicador extremo derecho avisa al operario que la prensa neumática esta activada,
y a su vez los sistemas están energizados.
En el centro del gabinete se encuentra el visualizador, LCD, que muestra el
estándar a perforar seleccionado mediante los selectores de tres posiciones que se
encuentran junto a este, aquí el operario escoge el tipo de mueble en primera
instancia, y el tipo de madera en segunda.
81
Figura 57. Panel de control de los tres sistemas implementados, en milímetros.
Fuente: Autor
La Figura 58 muestra el tablero de control, donde la nomenclatura del estado en
que normalmente se encuentra cada elemento de control, se ubica en la esquina
inferior derecha de cada uno, siendo la interpretación la siguiente:
NA -> Normalmente abierto
NC -> Normalmente cerrado
IL -> Indicador luminoso
82
Figura 58. Panel de control con nomenclatura de estado normal.
Fuente: Autor
Es importante aclarar que la profundidad de este gabinete corresponde a veinte
centímetros (20cm), dato que no afecta al diseño, esto se debe a que el contador
de pulsos es el dispositivo con mayor profundidad, siendo este de nueve
centímetros (9cm).
2.4.3. PROTECCIONES ELÉCTRICAS
El gabinete principal contiene las protecciones eléctricas de los dispositivos que
conforman la modernización de la máquina, los cuales son indispensables para el
correcto funcionamiento de la misma.
Proteger los elementos electrónicos es vital en la modernización de la máquina,
tanto para salvaguardar la integridad del operario como de los dispositivos
83
electrónicos, esto se debe a que la energía con la cual se alimentan puede venir
con sobretensiones, es decir pueden exceder el máximo suministro de energía que
soportan, dañando gravemente el dispositivo y peor aun provocando un corto
circuito que puede terminar en un incendio.
Las protecciones del equipo eléctrico que se implementan en el sistema de
posicionamiento vertical están dispuestas por varias razones, a continuación se
explican las mismas y el motivo de su selección.
Circuit breaker (Cortacircuitos).- Un cortacircuitos es un accionamiento
automático tipo interruptor eléctrico diseñado para proteger un circuito eléctrico de
los daños causados por sobrecarga o cortocircuito . Su función básica es la
detección de una condición de fallo e interrumpir el flujo de corriente.
 Breaker LS BKN-b, 2P, (10[A]):
Este disyuntor de 10[A] es la principal protección de los sistemas que se
implementan, su valor corresponde a la suma total de la corriente nominal utilizada
por los dispositivos, por lo tanto es el primero en ser energizado por el flujo de
corriente eléctrica.
Figura 59. Breaker BKN-b.
Fuente: (Direct INDUSTRY, 2014)
84
Tabla XXI. Parámetros técnicos del breaker LS BKN-b.
Marca
LS
Modelo
BKN-b
Máxima tensión
400VAC
Voltaje nominal (V)
230 / 400
Capacidad de corte
10KA
Polos
2
Corriente nominal (A)
10
Frecuencia
50 / 60 Hz
Temperatura ambiente
-5°C, +40°C
Fuente: http://pdf.directindustry.com/pdf/ls-industrial-systems/miniature-circuit-breakers/19851-3968.html
2.4.3.1.
Protecciones del servodriver
El servodriver es un dispositivo importante dentro de la modernización de la
máquina, por lo que se toma en cuenta las recomendaciones del fabricante para
las conexiones respectivas.
Figura 60. Protecciones del equipo electrónico, Kinco Automation
Fuente: (Kinco, 2011)
85
 Breaker CAMSCO C60N, 2P, (6[A]):
El disyuntor de 6[A] es el encargado de proteger de cualquier sobrecarga o
cortocircuito al servodriver, esto debido a los 5,5[A] con los que trabaja el mismo.
Figura 61. Breaker CAMSCO C60N.
Fuente: Breakers para montaje en riel DIN CAMSCO “C60N” y “NC100H”, catálogo CAMSCO, (pág 113), pdf.
Tabla XXII. Parámetros técnicos del breaker CAMSCO C60N.
Marca
CAMSCO
Modelo
C60N
Máxima tensión
400V
Voltaje nominal (V)
230 / 400
Capacidad de corte
6KA
Polos
2
Corriente nominal (A)
6
Frecuencia
50 / 60 Hz
Temperatura ambiente
-20°C, +50°C
Fuente: Breakers para montaje en riel DIN CAMSCO “C60N” y “NC100H”, catálogo CAMSCO, (pág 113), pdf.
Electromagnetic Contactor.- Un contactor es un dispositivo controlado mediante
electroimán con funcionamiento todo o nada, es decir que tiene por objetivo
establecer o interrumpir el paso de corriente, tan pronto se dé tensión a la bobina.
86
 Contactor LS MC-32a:
El contactor LS que se implementa en el gabinete principal, muestra gran
credibilidad en cuestión de protección, además permite controlar los diferentes
dispositivos mediante los cinco contactos abiertos que dispone.
Figura 62. Contactor LS MC-32ª.:
Fuente: Contactors, Metasol, catálogo Metasol, (pág 22), pdf.
Tabla XXIII. Parámetros técnicos del contactor LS MC-32a.
Marca
LS
Modelo
MC-32a
Contactos
3 polos (NO)
Contactos auxiliares integrados
Sí (2)
Corriente de carga máxima
32 [A]
Tensión de control
230 [V] CA
Frecuencia
50/60 Hz
Fuente: Parámetros técnicos del contactor LS MC-32a.
 Protección de entradas del servodriver:
El servodriver para activar sus entradas necesita una señal de voltaje de 24V, por
lo cual se ha diseñado esta placa cuyas resistencias de 220 ohmios proporcionan
una protección para este dispositivo.
87
En la Figura 63 se puede apreciar el diseño de la placa realizada mediante el
software “PCB Wizard”
Figura 63 Diseño de placa para protección de entradas del servodriver.
Fuente: Autor.
2.4.3.2.
Protecciones del microcontrolador
El sistema de profundidad tiene como pieza fundamental de control
al
microcontrolador, por lo que es necesario tomar medidas de protección, tanto para
conservar su integridad de funcionamiento como de programación.
 Breaker STECK SDZ 1P, C2:
El disyuntor de 2[A] es el encargado de proteger de cualquier sobrecarga o
cortocircuito a la fuente de 220[V], esto debido a los 1,5[A] con los que trabaja la
misma, es importante aclarar que esta fuente de voltaje proporciona la alimentación
al sistema de profundidad (5V), y a las entradas del sistema de posicionamiento
vertical (24V).
Figura 64 Breaker STECK SDZ
Fuente: Línea Mini Disyuntores, catálogo STECK, (pág 1-3), pdf.
88
Tabla XXIV. Parámetros técnicos del breaker STECK NBR NM 60898.
Marca
STECK
Modelo
NBR NM 60898
Máxima tensión
440V
Voltaje nominal (V)
230 / 400
Capacidad de corte
6KA
Polos
1
Corriente nominal (A)
2
Frecuencia
50 / 60 Hz
Temperatura ambiente
-20°C, +50°C
Fuente: Línea Mini Disyuntores, catálogo STECK, (pág 1-3), pdf.
 Funcionamiento erróneo por pines libres:
El pin del microcontrolador PIC16F876A que no es utilizado, puede ocasionar
graves problemas de funcionamiento, (TecMikro, 2014), por tanto para evitar este
percance se tiene estas dos soluciones:
Un pin sin utilizar se puede dejar desconectado, pero obligatoriamente se debe
configurar como salida y programado en cualquier estado (alto o bajo).
Se puede configurar como entrada pero debe tener indispensablemente una
resistencia externa de 10kΩ a VDD o VSS del microcontrolador.
Estas dos opciones permiten que el pin sea empleado posteriormente, como
entrada o salida sin realizar modificaciones importantes en el hardware.
El microcontrolador en este proyecto como se indica en la Tabla 19 tiene cinco
pines libres, los cuales han sido configurados como salidas en el programa que se
muestra en el Anexo A-8, mediante sus respectivos puertos B y C.
89
 Problemas con el master clear (MCLR):
El datasheet del microcontrolador PIC16F876A muestra que el reset MCLR (Reset
Maestro) se producirá siempre y cuando se aplique un pulso negativo que tenga
una duración mínima de 2us en este pin.
Debido a que este tiempo es muy corto, es muy probable que se produzca un reset
indeseado debido al ruido eléctrico en el pin MCLR. Para evitar este problema, el
fabricante sugiere emplear una red RCR, la cual puede tener los siguientes valores:
R1 = 10kΩ, R2 = 1,5kΩ y C1 = 0,1 μF.
Figura 65. Conexión del Master Clear del microcontrolador PIC16F876A
Fuente: (MICROCHIP, 2003, pág. 148)
 Protección del Oscilador:
El oscilador escogido para el funcionamiento del microcontrolador es el modo HS,
el fabricante mediante el datasheet de este dispositivo dispone protecciones contra
el ruido mediante condensadores cerámicos conectados paralelamente, el valor de
estos condensadores y su conexión son los siguientes:
Figura 66. Conexión de la protección del oscilador del microcontrolador PIC16F876A
Fuente: (MICROCHIP, 2003, pág. 145)
90
La Tabla 25 muestra los valores recomendados para C1 y C2, siendo el cristal
escogido el de 8MHZ, así que por consecuencia se ubicó condensadores de 27pF.
Tabla XXV. Valores recomendados para la selección del Oscilador de Crystal para el microcontrolador PIC 16F876A
Fuente: (MICROCHIP, 2003, pág. 146)
2.4.4. ALGORITMO DE CONTROL
Los siguientes algoritmos permiten identificar las reglas o instrucciones para
controlar los diferentes sistemas implementados mediante pasos sucesivos, para
agilidad del proceso que realiza la máquina perforadora lineal de ebanistería.
Nomenclatura utilizada:
On-Off prensa -> Botón de activación del sistema neumático
Sw_1 -> Switch 1 -> Selector de tipo de mueble
Sw_2 -> Switch 2 -> Selector de tipo de madera
Sw_3 -> Switch 3 -> Selector del sentido de giro(ascendente, descendente)
Sw_4 -> Switch 4 -> Selector de velocidad del servomotor
Pos_a -> Posición a -> Selección de mueble tipo puerta
Pos_b -> Posición a -> Selección de mueble tipo cómoda
Pos_c -> Posición a -> Selección de mueble tipo clóset
Pos_x -> Posición a -> Selección de mueble tipo suave
Pos_y -> Posición a -> Selección de mueble tipo dura
Pos_z -> Posición a -> Selección de mueble tipo MDF
91
2.4.4.1.
Flujograma para activar la prensa neumática y energizar todos los
sistemas
92
2.4.4.2.
Flujograma para seleccionar el estándar de profundidad
2.4.4.3.
Flujograma para activar el movimiento del posicionamiento vertical
93
2.4.5. SEÑALES DIGITALES DE CONTROL Y AVISO PARA EL OPERARIO
Las señales digitales que proporcionan un fácil y rápido manejo de los diferentes
sistemas implementados en la máquina son:
Tabla XXVI. Señales digitales de control y aviso al operario de la máquina.
N
Nombre
Figura
Función
Sistema
Estado
°
1 Selector 2
posiciones
-Inicio, permite energizar
-Todos
Normalme
todos los sistemas
-Sistema
nte abierto
-Activa la prensa neumática
Neumátic
o
2 Selector 4
posiciones
3 Selector 2
posiciones
-El primero, permite escoger -Sistema
Normalme
el tipo de mueble.
de
nte abierto
-El segundo, permite
profundid
escoger el tipo de madera.
ad
-El primero, permite escoger -Sistema
Normalme
el sentido de
de
nte abierto
desplazamiento
posiciona
(arriba/abajo).
miento
-El segundo, permite
vertical
escoger la velocidad de
desplazamiento
(despacio/rápido)
4 Pulsador
de
-Activa el movimiento del
-Sistema
Normalme
servomotor
de
nte abierto
posiciona
posiciona
miento
miento
vertical
vertical
5 Indicador
luminoso
prensa
-Indica que la prensa
-Sistema
Normalme
neumática está activada
Neumátic
nte abierto
o
94
6 Indicador
luminoso
-Indica que el servomotor
-Sistema
Normalme
está en funcionamiento
de
nte abierto
motor
posiciona
activado
miento
vertical
7 Indicador
-Indica que el servomotor
-Sistema
Normalme
está desactivado
de
nte
motor
posiciona
cerrado
desactivad
miento
o
vertical
luminoso
8 Indicador
luminoso
-Indica que el tablero
-Tablero
Normalme
eléctrico está activado
de
nte abierto
tablero
acometid
energizado
a
eléctrica
9 Botón de
Permite desconectar de la
-Todos
Normalme
emergenci
fuente de alimentación a los
los
nte
a
diferentes sistemas.
sistemas
cerrado
Fuente: Autor
95
CAPITULO III
3. DESCRIPCIÓN DEL HARDWARE SELECCIONADO
Este
capítulo
describe
el
hardware
seleccionado
para
el
sistema
de
posicionamiento vertical, este además presenta la programación de parámetros del
servodriver para controlar de manera eficiente el servomotor.
3.1.
SELECCIÓN DE SERVOMOTOR
Figura 67. Servomotor y sus componentes, Kinco Automation
Fuente: (Kinco, 2011, pág. 8)
Finalizados los cálculos para conocer la potencia necesaria del motor a
implementar, se realiza una búsqueda en el mercado local, teniendo en cuenta que
se cumplan tanto los parámetros necesarios como las condiciones de trabajo, entre
los principales factores a tomar en cuenta, se encuentran la precisión, rendimiento,
robustez, control y potencia.
Precisión: La precisión es fundamental en el trabajo a realizar, esto debido a que
los operarios utilizan una medida de aproximación para la perforación inferior o
equivalente a milímetros; el servomotor tiene una precisión de 2500 pulsos por
revolución (ppr), lo que corresponde a un ángulo de movimiento de 0,144° por cada
pulso, más información técnica del dispositivo en el Anexo A-2, Datos Técnicos del
servomotor.
96
Control: El servomotor es uno de los pocos tipos de motor que permiten obtener la
posición deseada a la velocidad que se requiera, esto gracias al encoder interno
que envía las señales al controlador, servodriver.
Rendimiento: La marca KINCO brinda una variedad de servomotores, de los
cuales el más apropiado es de corriente alterna con alimentación de 220V
monofásico, esto gracias a las acometidas eléctricas que se encuentran en la
estación de trabajo ya que la maquinaria en su mayoría utiliza 220V.
Potencia: La potencia que da este servomotor es de 750W (3/4 HP), superando lo
requerido al realizar los cálculos para seleccionar dicho dispositivo, (cap 2.1.5, pág
23), esta potencia se opta por las condiciones de oferta del mercado, al no existir
un servomotor de menor potencia pero a su vez mayor a la requerida; cabe recalcar
que esta decisión fue a su vez sustentada tanto por su velocidad nominal (3000
rpm), par nominal (torque) (2,39 Nm), y corriente nominal (3,9 A); mayor información
técnica en el Anexo A-2.
Es importante sobresaltar que para realizar esta selección se tiene tres alternativas,
las cuales se presentan a continuación:
 Alternativa 1:
El servomotor XINJE muestra las siguientes características:
Tabla XXVII. Características técnicas del servomotor 80STM002430-20P7 XINJE
Fuente: XINJE Electric Co., Ltd.
Las características de este servomotor satisfacen las condiciones establecidas en
los cálculos matemáticos, pero su valor excede al servomotor KINCO.
97
 Alternativa 2:
El servomotor GSK serie SJT dispone de las siguientes características:
Tabla XXVIII. Características técnicas del servomotor 110SJT-M020E GSK
Fuente: GSK CNC EQUIPMENT CO., LTD
Los datos técnicos que presenta este servomotor satisfacen a los requerimientos
establecidos mediante los cálculos matemáticos, pero su poca disponibilidad y su
elevado costo, hacen descartar esta alternativa.
 Alternativa 3:
El servomotor KINCO serie SMH oferta los siguientes dispositivos:
Tabla XXIX. Características técnicas del servomotor KINCO
Fuente:http://www.kinco.cn/html/en/products/Servo&Stepper/Servosystem/Servodriver/CDseries/201104/28872.html
98
Curva característica del par torsional – velocidad angular:
Figura 68. Curva característica del par torsional vs velocidad angular, Kinco Automation.
Fuente: (Kinco, 2011, pág. 123)
Las tres alternativas satisfacen las condiciones establecidas por los cálculos
matemáticos, pero se opta por la tercera alternativa debido a su inmediata
adquisición, y su módico precio.
Debido a lo argumentado anteriormente, por los diversos parámetros el servomotor
escogido es el modelo SMH80S-0075-30AAK-3LKH de marca KINCO, cuyas siglas
corresponden a:
Figura 69. Significado de las siglas del servomotor, Kinco Automation
Fuente: (Kinco, 2011, pág. 8)
99
3.2.
SELECCIÓN DEL SERVODRIVER
El servodriver tiene un papel fundamental en el funcionamiento del servomotor
KINCO, ya que además de controlar a éste, proporciona la alimentación
correspondiente; por lo tanto para la selección del servodriver se toma en cuenta la
compatibilidad entre estos.
Entonces el servodriver compatible es el modelo CD420-AA-000 de marca KINCO,
el cual es alimentado por una fuente de poder de 220V, sus siglas corresponden a:
Figura 70. Servodriver seleccionado para controlar el servomotor, Kinco Automation.
Fuente: (Kinco, 2011)
Características técnicas dadas por la placa del fabricante del sevodriver:
Figura 71. Placa del servomotor, Kinco Automation
Fuente: (Kinco, 2011)
100
3.3.
COMPONENTES DEL SERVODRIVER
Describir y comprender el funcionamiento de los componentes que conforman el
servodriver permiten configurar los parámetros de la mejor manera.
3.3.1. ENTRADAS Y SALIDAS
Figura 72. Servodriver Kinco y sus respectivos puertos
Fuente: (Kinco, 2011)
A continuación se detalla el contenido de cada puerto:

El puerto de interfaz X1 del CD420 Driver consta de entradas y salidas
digitales, en este proyecto se han utilizado estos terminales:
 +24VS.- Fase positiva de la fuente de poder de 24V DC, para activar
el módulo lógico de control del servodriver.
 GNDS.- Fase negativa de la fuente de poder de 24V DC, para activar
el módulo lógico de control del servodriver.
 COMI.- Terminal común de las señales de entrada.
101
 DIN1.- Entrada 1, Límite negativo (ascendente)
 DIN2.- Entrada 2, Restauración por fallos del controlador
 DIN3.- Entrada 3, Modo de operación
 DIN4.- Entrada 4, Control de velocidad interna 0
 DIN5.- Entrada 5, Control de velocidad interna 1
 DIN6.- Entrada 6, Control de velocidad interna 2
 DIN7.- Entrada 7, Limite positivo (descendente)
Figura 73.Puerto de interfaz X1 del CD420 Servodriver
Fuente: (Kinco, 2011)

El puerto de interfaz X4 corresponde a la retroalimentación que el
servomotor da al servo driver para su respectivo control
Figura 74. Puerto de interfaz X1 del CD420 Servodriver
Fuente: (Kinco, 2011)
102

El puerto de interfaz X3 corresponde a la salida del Encoder, este permite
obtener los datos (pulsos por revolución), los cuales permiten visualizar la
distancia que recorre la bancada, esto es vital para que el usuario opere la
máquina.
Los pines que se están utilizando son:
 Pin 2.- Permite obtener la fase A de salida del Encoder
 Pin 3.- Permite obtener la fase B de salida del Encoder
 Pin 6.- GND
Figura 75. Puerto de interfaz X3 del CD420 Servodriver
Fuente: (Kinco, 2011)
3.3.2. INTERFAZ DE POTENCIA DEL DISPOSITIVO DE CONTROL
El dispositivo de control, servo driver CD420 consta de un puerto de potencia,
puerto X2, cuyas características principales son:
U,V,W,PE.- Este conector permite alimentar el servomotor mediante tres fases que
son U,V,W y PE que corresponde a GND.
L,N.- Este conector permite alimentar al servo driver CD420 mediante 220[V] de
corriente alterna en forma monofásica.
RB+,RB- .- Este conector permite ubicar una resistencia la cual ayuda a potenciar
la ejecución del frenado del servomotor, siendo más potente y controlada, además
permite disipar el uso de la energía excedente y mantener ésta bajo los límites
103
seguros, la resistencia es vital para seguridad del servo driver, esto como
protección; la resistencia a ser ubicada en este conector debe responder a la tabla
que da el fabricante, cuya referencia es de 75Ω, ésta corresponde ser mayor a 39Ω
y 100Ω máximo.
Figura 76. Puerto de interfaz de potencia del servodriver
Fuente: (Kinco, 2011)
3.4.
CONTROL DEL SERVOMOTOR
El control y alimentación del servomotor se realiza mediante el servodriver, el cual
es exclusivo para realizar este trabajo según datos del fabricante.
El servodriver cuenta con un panel digital de control, cuyas funciones permiten
establecer los parámetros necesarios para controlar el servomotor, en el anexo A2 se describe la configuración realizada y funciones del panel de control digital.
El control del servomotor se lo realiza mediante la combinación de ciertas entradas,
las cuales se encuentran en el servodriver, estas activan los movimientos
104
ascendentes/descendentes y velocidades para el posicionamiento vertical, las
cuales se van a mencionar a continuación:
El servodriver cuenta con 7 entradas digitales, activadas cada una por 24V, la forma
de activación es mediante conexión PNP (Anexo A-2), es decir señales de entrada
externas, las cuales activan los diferentes parámetros para controlar el
funcionamiento del motor.
3.4.1. CONFIGURACIÓN DE ENTRADAS
La Tabla 30, detalla la asignación de uso de las diferentes entradas digitales y su
aplicación:
Tabla XXX. Configuración de entradas del servodriver
Display
Nombre de
Configu_
Ajuste de
Lógica de
numérico
variable
ración
parámetros
activación
d3.01
DIN_1
002.0
(Entrada 1)
d3.02
DIN_2
000.2
(Entrada 2)
d3.03
DIN_3
Límite negativo
1L -> Ejecutándose
(ascendente)
0L -> Ciclo terminado
Restauración
fallos del controlador 1L -> Paro por error
000.4
Modo de operación
(Entrada 3)
d3.04
DIN_4
DIN_5
010.0
DIN_6
Control de velocidad 0L -> Combinación
interna 0
020.0
(Entrada 5)
d3.06
0L -> Modo 0003
1L -> Modo 0.003
(Entrada 4)
d3.05
por 0L -> Ejecutándose
1L -> Combinación
Control de velocidad 0L -> Combinación
interna 1
800.1
(Entrada 6)
1L -> Combinación
Control de velocidad 0L -> Motor estático
interna 2
1L-> Motor
Ejecutándose
d3.07
DIN_7
(Entrada 7)
001.0
Límite
positivo 1L -> Ejecutándose
(descendente)
0L -> Ciclo terminado
Fuente: Autor
105
3.4.2. ACTIVACIÓN DE SERVODRIVER
El servodriver suministra energía eléctrica al servomotor; para activar o energizar
al servodriver se necesita una habilitación externa mediante una entrada del
servodriver, esto está dado por defecto, es decir este parámetro de activación está
configurado desde fábrica.
Se opta por habilitar automáticamente al servodriver, suministrando energía de
forma automática en el controlador mediante el establecimiento de los parámetros
internos, que a su vez permite bloquear el eje del servomotor, esto mediante la
siguiente configuración que se puede observar en la Tabla 31:
Tabla XXXI. Activación automática del servodriver
Display
Nombre de variable
Ajuste de parámetros
numérico
d3.01
DIN_X (Entrada X)
Ninguna entrada del puerto digital se
(1-7)
puede ajustar a 000.1, es decir, la función
de habilitación del servodriver no está
controlada por una señal externa.
d3.10
Switch_On_Auto
Poner a 1
Fuente: Autor
3.4.3. MODO DE OPERACIÓN DEL SERVODRIVER
Es muy importante aclarar la configuración del “Modo de Funcionamiento”, este
permite tener dos formas de trabajo al servodriver, las cuales son muy fáciles de
intercambiar, esto debido que la primera se activa al no recibir señal alguna en el
puerto de entrada digital a la cual ha sido asignada, y la segunda todo lo contrario,
debe existir una señal externa que la active.
El servodriver tiene cinco modos diferentes de funcionamiento, representados en la
Tabla 32.
106
Tabla XXXII. Modelos de operación del servodriver
Modo
Configuración
Nombre
(-4)
0.004
Modo de control de pulso (P/D) y
doble pulso (CW/CCW)
(-3)
0.003
Modo de velocidad instantánea
(1)
0001
Modo de control de posición
interna
(3)
0003
Modo
de
velocidad
con
aceleración/desaceleración
(4)
0004
Modo de torque
Fuente: Autor
Al analizar las características de cada uno de los modos de funcionamiento se opta
por trabajar con los siguientes:
1) Modo de velocidad instantánea (0.003)
2) Modo de velocidad con aceleración/desaceleración (0003)
El control de Multi-velocidad que se utiliza, solamente permite trabajar con estos
dos modos de operación, ya que se controla la velocidad del servomotor, he aquí
el motivo de su selección:
Modo de velocidad instantánea (0.003).- La velocidad real alcanza la
velocidad objetivo al instante.
Modo de velocidad con aceleración/desaceleración (0003).- La velocidad
real aumenta gradualmente hasta que alcanza la velocidad objetivo.
La configuración empleada para la selección del Modo de funcionamiento se detalla
en la Tabla 33:
107
Tabla XXXIII. Configuración del modo de operación.
Display
Nombre de
numérico
variable
d3.03
DIN_3
Configuración
Ajuste de parámetros
000.4
Modo de operación
0003
Sin señal de activación
(Entrada 3)
d3.16
DIN_Modo_0
(Modo de velocidad
aceleración/desaceleración)
d3.17
DIN_Modo_1
0.003
Con señal de activación
(Modo velocidad instantánea)
Fuente: Autor
3.4.4. CONTROL DE MULTI-VELOCIDAD
En el control de multi-velocidad interna, se utiliza tres (3) bits para obtener las cuatro
(4) combinaciones necesarias para obtener el sentido de giro del motor y su
velocidad.
Tabla XXXIV. Control de multi-velocidad
Combinación
Descripción
bit2
bit1
bit0
Bits de configuración interna
0
0
0
Configuración: 0000 rpm, por lo tanto motor estático
0
0
1
Configuración: 0000 rpm, por lo tanto motor estático
0
1
0
Configuración: 0000 rpm, por lo tanto motor estático
0
1
1
Configuración: 0000 rpm, por lo tanto motor estático
1
0
0
Configuración: 0.050 rpm, asciende despacio
1
0
1
Configuración: 0.360 rpm, asciende rápido
1
1
0
Configuración: 0050 rpm, desciende despacio
1
1
1
Configuración: 0360 rpm, desciende rápido
Fuente: Autor
En la Tabla 34 se puede resaltar el motivo el cual se ha utilizado 3 bits, siendo los
bits 0 y 1, los que dan la configuración de sentido de giro y velocidad al servomotor;
mientras que el bit 2 permite activar dichas combinaciones, es decir, el bit 2, que
pertenece a la entrada DIN_6, permite activar o desactivar el trabajo del servomotor
mediante un switch.
108
3.4.4.1.
Configuración de los parámetros para el control de multi-velocidad
interna
Tabla XXXV. Configuración de multi-velocidades
Display
Nombre de
Configuración
numérico
variable
[rpm]
Ajuste de parámetros
d3.18
Din_speed0_rpm
0000
Motor estático y bloqueado
d3.19
Din_speed1_rpm
0000
Motor estático y bloqueado
d3.20
Din_speed2_rpm
0000
Motor estático y bloqueado
d3.21
Din_speed3_rpm
0000
Motor estático y bloqueado
d3.44
Din_speed4_rpm
0.050
Movimiento
ascendente
despacio
d3.45
Din_speed5_rpm
0.360
Movimiento
ascendente
rápido
d3.46
Din_speed6_rpm
0050
Movimiento
descendente
despacio
d3.47
Din_speed7_rpm
0360
Movimiento
descendente
rápido
Fuente: Autor
Para controlar el sentido de giro del motor, es decir que el movimiento sea
ascendente o descendente, basta configurar la velocidad con un punto, el cual está
ubicado después del primer digito contando desde izquierda a derecha; este punto
permite girar de forma negativa, es decir en sentido horario permitiendo que suba
la mesa, y desde luego sin punto el eje gira en sentido antihorario, permitiendo que
descienda la mesa de la bancada.
3.4.5. GUARDAR CAMBIOS
Una vez configurados todos los parámetros y tras una correcta verificación, es
fundamental guardar los mismos, el comando que se muestra en la Tabla 36
permite guardar dicha configuración.
109
Tabla XXXVI. Parámetro para guardar cambio de configuración.
Display
Nombre de variable
Ajuste de
numérico
d3.00
parámetros
Guardar los datos
Poner 1
Fuente: Autor
3.4.6. CONTROL DEL SERVOMOTOR POR EL OPERARIO
El servomotor como se indica en la Figura 77, es controlado por el operario
mediante los diferentes switchs que se encuentran en el panel de control, es decir
realizando una síntesis breve, el operario dispone de tres (3) switchs, los dos
primeros en tipo selector y el tercero en tipo botón-pulsador.
Figura 77. Switchs implementados para el control del servomotor
Fuente: Autor
El primero permite controlar el sentido de giro del motor, lo que permite al operario
subir o bajar la bancada; el segundo permite seleccionar la velocidad deseada
(despacio, rápido); y el tercer switch activa el servomotor siempre y cuando se
tenga pulsado el botón-pulsador.
110
CAPITULO IV
4. MONTAJE E INSTALACIÓN
El montaje e instalación de los diferentes dispositivos que conforman la
modernización de la máquina perforadora lineal de ebanistería se describen en este
capítulo.
4.1.
CONSTRUCCIÓN
E
INSTALACIÓN
DEL
GABINETE
PRINCIPAL
El gabinete principal es el que permite alimentar a todos los sistemas, además
conlleva todas las protecciones, y contiene una de las partes más fundamentales
de control, como es el servodriver, para lo cual se ha tomado las recomendaciones
del fabricante para su respectiva instalación:
4.1.1. MONTAJE DEL SERVODRIVER EN EL GABINETE
Para la instalación del servodriver CD420 en el gabinete principal, para el sistema
de posicionamiento vertical, se toma las recomendaciones dadas por el fabricante,
entre las más importantes se destaca el espacio de instalación, la Figura 78, se
explica las distancias a tomar en cuenta:
Figura 78. Instalación del servo driver
Fuente: (Kinco, 2011)
111
Otra de las recomendaciones a tomar en cuenta en la instalación de este
dispositivo, es la posición, la cual debe ser vertical y sobre una superficie plana,
para mayor entendimiento observar la Figura 79.
Figura 79. Posición de instalación del servodriver, Kinco Automation
Fuente: (Kinco, 2011)
Estas medidas de seguridad en la instalación de este equipo, se deben tener
plenamente en cuenta, esto debido a la disipación de calor del controlador CD420.
Tomadas en cuenta las recomendaciones del fabricante se procede a implementar
los diferentes dispositivos, como son, servodriver, fuente de 220V, contactor,
disyuntores (breakers), la Figura 80 muestra lo descrito anteriormente:
Figura 80. Ubicación de los diferentes dispositivos a implementar en el gabinete principal.
Fuente: Autor.
112
Una vez que se ha ubicado mediante tornillos los dispositivos que se implementan
en el gabinete, canaletas ranuradas y riel din, se procede a realizar las conexiones
correspondientes, tomando en cuenta los planos eléctricos (Anexos-Manual), en
los cuales se encuentra toda la información de conexión, la Figura 81, muestra las
conexiones realizadas.
Figura 81. Conexiones del gabinete del gabinete principal.
Fuente propia.
Realizadas las conexiones respectivas, se procede a revisar la continuidad
mediante el multímetro; comprobada su correcta conexión, y pruebas al energizar
sin falla alguna, se procede a su posterior ubicación en la máquina, la Figura 82,
indica la ubicación del gabinete principal en la máquina.
Figura 82.Ubicación e instalación del gabinete de control.
Fuente: Autor
113
4.2.
CONSTRUCCIÓN E INSTALACIÓN DEL PANEL DE
CONTROL
El panel de control de todos los sistemas debe estar al alcance del operario, en
medida que este no tenga ninguna dificultad tanto para accionar los controles, como
para visualizar los displays e indicadores.
La altura del tablero de control es de 170cm, medido desde el suelo, el mismo se
encuentra asegurado mediante dos pernos que se encuentran en el lado izquierdo
de la plancha donde se apoya la bancada, en la Figura 83 se aprecia de mejor
manera esta adaptación:
Figura 83. Adaptación del panel de control a la máquina.
Fuente: Autor
Adaptado el panel de control a la máquina, se procede a la implementación de los
elementos de control y visualización, se procede a ubicar los elementos de control
y visualización en el panel de control, como se puede observar en la Figura 84.
114
Figura 84. Ubicación de los elementos de control y visualización en el panel de control.
Fuente: Autor.
Organizados los diferentes implementos en el panel de control, se procede a
realizar las conexiones adecuadas, mediante la placa de doble fondo de este
gabinete, como se muestra en la Figura 85; cabe recalcar que en este gabinete se
encuentra ubicada la placa del microcontrolador, es decir el control del sistema de
profundidad.
Figura 85.Conexiones del panel de control.
Fuente: Autor
Finalizadas las conexiones, siguiendo a cabalidad el plano eléctrico de control
(anexo A-9) y realizadas las pruebas de continuidad mediante el multímetro, se
115
procede a ubicar el panel de control en la máquina, la Figura 86, muestra la
culminación de las conexiones realizadas satisfactoriamente.
Figura 86. Culminación de conexión e instalación del panel de control.
Fuente: Autor
4.3.
SISTEMAS EXTERNOS A LOS GABINETES
La modernización de la máquina está conformada por tres sistemas, sistema de
posicionamiento vertical, sistema neumático y sistema de profundidad, en este
subcapítulo se detalla las implementaciones que se realizan fuera de los gabinetes.
4.3.1. SISTEMA DE POSICIONAMIENTO VERTICAL
Para el correcto funcionamiento del posicionamiento vertical, se deben efectuar las
siguientes adecuaciones que se detallan a continuación.
4.3.1.1.
Montaje de fines de carrera:
El posicionamiento vertical tiene un rango de movimiento de 15 centímetros, por lo
tanto tiene un límite superior e inferior, fundamentales ya que al ser presionados
dejan de enviar una señal eléctrica de 24V DC hacia el servodriver, es decir a las
entradas 1 y 7, lo que permite desactivar el funcionamiento del servomotor
salvaguardando su integridad tanto eléctrica como mecánica.
116
Es importante señalar que el servomotor solo podrá girar su eje en sentido contrario
al que se encontraba anteriormente, hasta que la bancada deje de presionar el fin
de carrera, este método permite un funcionamiento seguro y confiable.
Figura 87. Fin de carrera y sus estados de activación.
Fuente: Autor
Argumentando lo descrito anteriormente para cumplir su función, la conexión
realizada es entre el pin normalmente cerrado (NC) y el común del fin de carrera.
El montaje del fin de carrera se establece mediante el acoplamiento a una platina
por medio de tornillos, esta platina a su vez está soldada al soporte que sostiene el
panel de control, como se aprecia en la Figura 88, se realiza el mismo
procedimiento para el otro fin de carrera.
Los fines de carrera tanto superior e inferior entran en contacto con el eje del brazo,
esto sucede al desplazarse la bancada.
a)
b)
Figura 88. Montaje fin de carrera.
Fuente: Autor
117
4.3.2. SISTEMA NEUMÁTICO
El sistema neumático es vital para la seguridad del operario, así como es
fundamental su ubicación, la cual debe ser en un lugar fácilmente visible, alto y
seguro, también las acometidas de las mangueras deben ser apropiadas, para que
no provoque accidentes ni mal funcionamiento.
4.3.2.1.
Montaje del gabinete neumático
El gabinete neumático consta de dos principales componentes, la unidad de
mantenimiento la cual adquiere el aire comprimido de la alimentación mediante una
manguera de 3/8”, el aire es purificado en este dispositivo y de ser el caso también
lubricado, finalizado este proceso llega el aire a la electroválvula por el canal 1, en
donde la bobina desenergizada envía el aire mediante el canal 2 hacia el cilindro
neumático a través de una manguera de 24[mm] manteniendo el vástago dentro
del cilindro, está por demás aclarar que al energizar la bobina, el aire saldrá por el
canal 4 permitiendo que el vástago salga.
En la Figura 90 se puede apreciar de mejor manera la conexión de la unidad de
mantenimiento y la electroválvula.
Figura 89. Gabinete neumático.
Fuente: Autor
118
4.3.2.2.
Montaje de cilindro neumático
En el sistema neumático el actuador que permite prensar la madera es el pistón o
cilindro neumático, en el cual ha sido adaptado un acople mecánico que lo sostiene
mediante pernos en sus extremos, lo que permite trabajar al mismo sin problema,
esta adaptación se puede observar en la Figura 90.
Figura 90. Adaptación del cilindro neumático.
Fuente: Autor
4.3.2.3.
Acometida de mangueras
La selección de mangueras que se utiliza para la conexión con la electroválvula,
cilindro neumático, unidad de mantenimiento y alimentación se muestra en la Tabla
37, las medidas utilizadas están de acuerdo a las válvulas que tienen los diferentes
dispositivos mencionados.
Tabla XXXVII. Mangueras utilizadas en el sistema neumático
Manguera
Medida
Uso
Marca
\Características
Gruesa
Presión
máx
3/8”
Alimentación
Eaton Synflex,
10 bar
Eclypse
Delgada
24mm
Elementos de
s/n
10 bar
mando
Fuente: Autor
119
4.3.3. SISTEMA DE TOPES
La instalación del sistema de topes consta de dos partes, una mecánica, que
corresponde a la varilla perforada, y otra electrónica que corresponde a la
visualización de los estándares los cuales ayudan al operario a perforar
correctamente.
4.3.3.1.
Montaje de varilla estandarizada
La varilla se construye de las mismas dimensiones que la anterior utilizada, (10mm),
en acero de transmisión; para la realización de las perforaciones se necesita
conocer la distancia real de la varilla con la profundidad alcanzada en el madero,
una vez conocida la primera distancia, 15cm, desde el tope, se procede a perforar
los cinco estándares necesarios, como se observa en la Figura 91.
Figura 91: Perforación de la varilla
Fuente propia
Cabe recalcar que la varilla contiene 10 perforaciones, esto se debe a que en los
cinco primeros se usa el pasador, y los otros cinco son una referencia que
conjuntamente con los led, proporcionan información de la ubicación correcta de la
varilla, la Figura 92 representa lo mencionado.
Figura 92. Adaptación de varilla, pasador, mol
Fuente: Autor
120
4.3.3.2.
Montaje de indicadores luminosos (LEDs)
Los indicadores luminosos Leds permiten al operario tener una referencia en la
ubicación del pasador en la varilla, el Led se alinea en el extremo de la bancada
iluminando uno de los cinco orificios; cabe recalcar que si el Led no está alineado
con el borde externo, el pasador se encuentra ubicado erróneamente, para una
mejor apreciación del texto observar la Figura 93 que representa la explicación.
Figura 93. Instalación de LEDs en el mol de 10 pines
Fuente: Autor
Implementados los diferentes componentes de la modernización de la máquina
perforadora lineal de ebanistería, se procede a comprobar todas las conexiones
con el multímetro, siendo satisfactoria la comprobación, se energiza al gabinete
principal, se enciende la máquina mediante el selector (ON) del panel de control, y
se realiza las diferentes pruebas de funcionamiento, la Figura 94 muestra
la
máquina perforadora lineal de ebanistería modernizada.
Figura 94. Máquina perforadora lineal de ebanistería modernizada
Fuente: Autor
121
CAPITULO V
5. PRUEBAS Y RESULTADOS
Este capítulo da a conocer las pruebas realizadas a los diferentes sistemas que se
implementan la modernización de la máquina perforadora lineal de ebanistería, y
los resultados obtenidos tanto a nivel de producción como de funcionamiento.
5.1.
PRUEBAS DE LAS CONEXIONES ELÉCTRICAS
Para realizar las pruebas de conexiones eléctricas de todos los sistemas, se debe
comprobar las acometidas eléctricas que entrega la fábrica “FAMUCLACH”, tanto
para 110V AC, como para 220V AC, para lo cual se utiliza el multímetro, cabe
recalcar que la fábrica cuenta con una puesta a tierra general para la alimentación
de toda la maquinaria que dispone.
Tabla XXXVIII. Pruebas realizadas en las acometidas eléctricas de la fábrica
Prueba (#)
Error (%)
1
9
Observación
Detalle
La lectura del multímetro La lectura del multímetro
muestra
200VAC,
y debe mostrar 220VAC y
105VAC
2
4
110VAC
La lectura del multímetro Se opta por medir otro
muestra
212VAC,
y punto de alimentación
110VAC
3
1
La lectura del multímetro Se desenergiza la fábrica y
muestra
221VAC,
y se vuelve a energizar
110VAC
4
1
La lectura del multímetro La medición es óptima
muestra
209VAC,
y
110VAC
5
1
La lectura del multímetro La medición es óptima
muestra
220VAC,
y
109VAC
Fuente: Autor
122
Una vez comprobado el correcto funcionamiento de las dos acometidas eléctricas,
se busca un punto de alimentación cercano al gabinete principal, en el cual se
encuentran las protecciones y acometidas de alimentación para los diferentes
sistemas implementados.
Este punto se encuentra ubicado bajo el suelo, oculto mediante una tapa, a dos
metros (2m) de distancia del gabinete, lo cual facilita la conexión con éste.
El gabinete principal como ya se menciona anteriormente tiene dos acometidas
eléctricas, esto se debe a la diferente alimentación que requieren los dispositivos,
en la Tabla 39, se muestra dicho requerimiento:
Tabla XXXIX. Alimentación requerida para los dispositivos que se implementan
Dispositivo
Alimentación [V]
Sistema
Servodriver
220
Posicionamiento vertical
Fuente del módulo de
220
Posicionamiento vertical
Contador de pulsos
220
Posicionamiento vertical
Fuente del
110
Profundidad
110
Prensa Neumática
control del servodriver
microcontrolador
Electroválvula
Fuente: Autor
5.2.
PRUEBAS
AL
SISTEMA
DE
POSICIONAMIENTO
VERTICAL
El sistema de posicionamiento vertical se compone de tres dispositivos
fundamentales para su funcionamiento:
Tabla XL. Componentes del sistema de posicionamiento vertical
Función
Dispositivo
Controlador
Servodriver
Actuador
Servomotor
Visualización
Contador de pulsos
Fuente: Autor
123
Las primeras pruebas se realiza al servomotor y al servodriver, las cuales dan una
mejor comprensión de su funcionamiento, manejo del panel de control del
servodriver, configuración de parámetros, etc; todo esto una vez capacitado al leer
el manual del mismo.
Una de las diversas pruebas, se debe a la necesidad de conocer los diferentes
modos de funcionamiento del servomotor, para posteriormente seleccionar el modo
adecuado para el trabajo que se desea realizar, la Figura 93 muestra la prueba que
se realiza:
Figura 95. Prueba del servomotor para seleccionar modo de funcionamiento
Fuente: Autor
Fundamentado con la información pertinente y recomendaciones del fabricante del
manual del dispositivo, conjuntamente con las pruebas realizadas los modos de
funcionamiento
seleccionados
son:
(3)
Modo
de
velocidad
con
aceleración/desaceleración, y (-3) Modo de velocidad instantánea, como se
describe en el capítulo 3.
Una vez establecidos todos los parámetros del servodriver, configurado el contador
de pulsos y conectado en el puerto X3 (Encoder Output), se realiza las primeras
pruebas en la máquina, para lo cual además de los dispositivos mencionados se
utiliza los switchs que permiten el control del servodriver, como se puede apreciar
en la Figura 96, en la cual el operario posee en sus manos el switch de sentido de
giro del motor (ascendente/descendente) y el switch (pulsador) que activa el
movimiento del motor.
124
Figura 96. Pruebas del posicionamiento vertical realizadas en la máquina
Fuente: Autor
Tabla XLI. Pruebas de funcionamiento del posicionamiento vertical
Prueba (#)
Error (%)
1
50
Observación
Detalle
El servomotor no responde Deficiente conexión de
al ser controlado por los los switchs
switchs
2
50
Reiteración del problema Cambio de cables de
anterior
3
35
conexión
Los fines de carrera no Deficiente conexión de
cumplen su función
4
30
los fines de carrera
El fin de carrera de límite Cambio de cables de
superior no cumple su conexión
función
5
30
Reiteración del problema Reemplazo
anterior
6
25
de
fin
de
carrera
El recorrido visualizado en Calibración del contador
el contador de pulsos no de pulsos
corresponde
al
desplazamiento
7
25
Reiteración del problema Calibración del contador
anterior
8
9
25
15
de pulsos
Reiteración del problema Calibración del contador
anterior
de pulsos
El contador no se encera
Revisión de conexiones
125
10
15
Reiteración del problema Cambio de cables de
anterior
11
15
conexión
Reiteración del problema Soldadura de cables a
anterior
pines del contador de
pulsos
12
10
Error de sobrecarga del Limpiar
servomotor
13
5
5
5
operario
Calibración de velocidad Calibración junto con el
operario
Calibración de velocidad Calibración junto con el
(rápida)
16
2
operario
Calibración de velocidad Calibración junto con el
(despacio)
17
2
operario
Calibración de velocidad Calibración junto con el
(despacio)
18
1
de
Calibración de velocidad Calibración junto con el
(rápida)
15
tornillo
potencia y lubricar
(rápida)
14
el
Funcionamiento
operario
sin Ninguno
percances
19
1
Correcto funcionamiento
Ninguno
20
1
Correcto funcionamiento
Ninguno
21
1
Correcto funcionamiento
Ninguno
22
1
Correcto funcionamiento
Ninguno
23
1
Correcto funcionamiento
Ninguno
Fuente: Autor
5.3.
PRUEBA DEL SISTEMA NEUMÁTICO
El correcto funcionamiento del sistema neumático es primordial para la seguridad
del operario, es por este motivo que las pruebas son realizadas en la máquina,
tomando todas las precauciones del caso.
Las partes fundamentales que requiere este sistema para funcionar se describen
en la Tabla 42:
126
Tabla XLII. Componentes del sistema neumático
Función
Dispositivo
Controlador
Electroválvula
Actuador
Cilindro neumático
Visualización
Manómetro
Alimentación
Compresor
Unidad de mantenimiento
Filtro, lubricador, regulador de presión
Fuente: Autor
Realizado el reconocimiento de los componentes del sistema neumático y sus
parámetros técnicos se procede a la conexión de éstos mediante la manguera
delgada (Tabla 37, capítulo 4), a excepción de la conexión que se realiza entre el
filtro neumático y el compresor que es mediante la manguera gruesa; además se
implementa el switch que controla la electroválvula y el indicador luminoso que
indica su activación, para una mayor apreciación de lo descrito observar la Figura
97
Figura 97. Pruebas del sistema neumático previa instalación
Fuente: Autor
Tabla XLIII. Pruebas de funcionamiento del sistema neumático
Prueba (#)
Error (%)
Observación
Detalle
1
40
Electroválvula no funciona
Revisión de cables de
conexión
2
20
Fuga
de
aire
en
los Ajustar
terminales
del
terminales de conexión del cilindro neumático
cilindro neumático
127
3
15
Conexión
errónea
de Conectar correctamente
mangueras a la salida de las mangueras
la electroválvula
4
10
Presión
deficiente
vástago
del
del Ajustar
5
Indicador
5
luminoso
no Revisión de cables de
conexión
Persiste
el
problema Ajuste
anterior
7
5
2
Persiste
el
problema Cambio
2
Compresor
Persiste
foco
del
de
foco
del
indicador luminoso
no
da
presión necesaria
9
del
indicador luminoso
anterior
8
a
mantenimiento
enciende
6
presión
cilindro 100[psi] en la unidad de
neumático
5
la
el
la Conexión de compresor
a la red eléctrica
problema Esperar a que cargue el
anterior
compresor
10
1
Correcto funcionamiento
Ninguno
11
1
Correcto funcionamiento
Ninguno
12
1
Correcto funcionamiento
Ninguno
13
1
Correcto funcionamiento
Ninguno
14
1
Correcto funcionamiento
Ninguno
Fuente: Autor
5.4.
PRUEBA DEL SISTEMA DE PROFUNDIDAD
El sistema de profundidad evita el desperdicio de materia prima, por lo tanto este
sistema debe tener un correcto funcionamiento y una fácil utilización por parte del
operario, por lo que las pruebas del sistema completo se realizan en la máquina, la
Tabla muestra los componentes de este sistema.
128
Tabla XLIV. Componentes del sistema de profundidad
Función
Dispositivo
Controlador
Microcontrolador
Actuador
Varilla perforada y pasador
Visualizador
LCD, LEDs
Fuente: Autor
Una vez configurado el microcontrolador, la visualización del estándar seleccionado
mediante la LCD, y realizada la instalación de la varilla perforada y los LEDs, se
procede a conformar el sistema para realizar las primeras pruebas antes de instalar
en la máquina, como se muestra en la Figura 98.
Figura 98. Pruebas realizadas del sistema de profundidad previa instalación
Fuente: Autor
Comprobado el correcto funcionamiento del sistema compuesto por todos sus
elementos, se instala dicho sistema en la máquina para realizar las diferentes
pruebas, como se puede apreciar en la Figura 99.
129
Figura 99. Pruebas del sistema de profundidad en la máquina
Fuente: Autor
Tabla XLV. Pruebas de funcionamiento del sistema de profundidad
Prueba (#)
Error (%)
1
35
Observación
Detalle
Interferencia de LEDs con Modificar
el operario
2
20
Erróneo
del
la
barra
perforada
funcionamiento Revisión de conexiones
switch
de
cuatro
posiciones
3
20
Persiste
el
anterior
problema Soldadura de cables de
conexión
a
pines
del
switch
4
10
LED no enciende
5
10
Persiste
el
anterior
6
10
Persiste
Revisión de conexiones
problema Revisar señal de la placa
del microcontrolador
el
problema Cambiar LEDs quemados
anterior
7
10
Visualización nula de la Revisión de conexión de
LCD
8
10
Persiste
anterior
9
5
pines
el
problema Regular intensidad de la
LCD
Enciende LED equivocado Revisión de conexiones
130
10
5
Persiste problema anterior
Conexión
errónea
del
LED
11
1
Correcto funcionamiento
Ninguno
12
1
Correcto funcionamiento
Ninguno
13
1
Correcto funcionamiento
Ninguno
14
1
Correcto funcionamiento
Ninguno
15
1
Correcto funcionamiento
Ninguno
16
1
Correcto funcionamiento
Ninguno
Fuente: Autor
5.5.
PRUEBAS
DE
CALIBRACIÓN
DE
LOS
SISTEMAS
IMPLEMENTADOS
Mediante las pruebas realizadas a todos los sistemas que se implementan para la
modernización del taladro horizontal de ebanistería, y tras su correcto
funcionamiento, se procede a calibrar los mismos.
Para la calibración de todos los sistemas, se sincroniza los tres, es decir se realiza
las pruebas de funcionamiento como un solo sistema, con el cual el operario cuenta.
Para dicho funcionamiento se describen los pasos que el operario debe seguir para
perforar la madera:
Tabla XLVI. Pasos para perforar la madera mediante la modernización realizada en la máquina
PASOS
DESCRIPCIÓN
(1)
Ubicar la madera en la bancada
(2)
Activar el switch ubicado en la parte superior del tablero de control, el
cual energiza el sistema de posicionamiento vertical, y el sistema de
profundidad y a su vez activa la prensa neumática que prensa la
madera.
131
(3)
El operario fija el punto en el madero a taladrar, selecciona si desea
subir o bajar mediante el primer switch, el segundo permite decidir al
operario si desea ir despacio o rápido, y con el tercer switch al
presionarlo activara el movimiento de la bancada, observando la
distancia recorrida en el contador de pulsos también ubicado en el
tablero de control.
(4)
Una vez que se encuentre la bancada en el punto exacto a taladrar, el
operario observa la LCD, con la frase “SELECCIONE MUEBLE”,
procede a seleccionar el tipo de mueble con el primer switch de 4
posiciones; entonces la LCD muestra en su pantalla la frase
“SELECCIONE MADERA”, el cual selecciona el tipo de madera, por
medio del segundo switch; una vez realizado esto, la LCD muestra en
su display, en la primera línea la frase “MUEBLE-MADERA”, y en la
segunda línea “PROFUNDIDAD [cm]”; una vez que el operario
observa, ajusta el pasador, tomando referencia al ubicar el LED
encendido al borde de la bancada, siendo esta la profundidad correcta.
(5)
Perforar la madera.
Fuente: Autor
Las pruebas realizadas en la máquina son realizadas siguiendo los pasos descritos
en la Tabla 47, al realizar este proceso se encuentran errores mínimos que se
relacionan en la manera de trabajar del operario.
Tabla XLVII. Pruebas de calibración de los sistemas implementados
Prueba (#)
Error (%)
1
20
Observación
Prensa desactivada
Detalle
Ajustar
la
presión
a
100[psi] en la unidad de
mantenimiento
2
15
LCD no se enciende
3
15
Persiste
el
Revisión de conexiones
problema Ajuste de alimentación
anterior
132
4
10
Mal funcionamiento del Revisión de conexiones
paro de emergencia
5
10
Persiste
el
problema Revisión de conexiones
el
problema Cambio
anterior
6
10
Persiste
anterior
7
10
de
contacto
normalmente cerrado
Contador de pulsos no se Rectificación de conexión
apaga con los demás en contactor
sistemas
8
5
Paro de servomotor por Reiniciar la máquina
protección de sobrecarga
9
5
Persiste
el
problema Limpieza del tornillo de
anterior
10
5
potencia y lubricación
Fuga de aire en cilindro Ajustar conexión
neumático
11
5
Poca presión sobre la Conexión de compresor a
madera
12
2
Indicador
la red eléctrica
luminoso
gabinete
de Revisar conexiones
principal
energizado apagado
13
2
Persiste
el
problema Cambiar foco de [100V] de
anterior
indicador luminoso
14
1
Correcto funcionamiento
Ninguno
15
1
Correcto funcionamiento
Ninguno
16
1
Correcto funcionamiento
Ninguno
17
1
Correcto funcionamiento
Ninguno
18
1
Correcto funcionamiento
Ninguno
19
1
Correcto funcionamiento
Ninguno
Fuente: Autor
Las últimas pruebas confirman el correcto funcionamiento al perforar la madera
mediante la modernización de la máquina perforadora lineal de ebanistería.
133
5.6.
RESULTADOS DE LA MODERNIZACIÓN DEL TALADRO
HORIZONTAL DE EBANISTERÍA
Los resultados obtenidos en la realización de esta modernización, han sido
claramente positivos para agilitar el proceso de producción, tanto a nivel de
optimización de tiempo de trabajo en la máquina, seguridad del operario y óptima
utilización de materia prima.
Es por esto que los datos adquiridos en las pruebas de la modernización son
comparados con los datos obtenidos antes de realizar este trabajo, resultados que
se pueden observar en las siguientes tablas:
La Tabla 48 muestra el tiempo que toma al operario realizar una perforación para
cada estándar, siendo los datos anteriores y los datos una vez implementada la
modernización, comparados, dando como resultado el tiempo que se optimiza en
cada perforación realizada.
Tabla XLVIII. Optimización del tiempo de trabajo al perforar la madera
N°
Estándar
ANTES
AHORA
OPTIMIZA
Perforación
Tiempo
Tiempo
Tiempo
[cm]
[mm:ss]
[mm:ss]
[mm:ss]
1
Puerta-Suave
2,5
06:00
04:00
02:00
1
Puerta-Dura
3,5
07:00
05:00
02:00
1
Cómoda-Suave
2,0
05:30
03:30
02:00
1
Cómoda-Dura
2,0
05:30
03:30
02:00
1
Cómoda-MDF
1,5
05:00
03:00
02:00
1
Clóset-Suave
1,5
05:00
03:00
02:00
1
Clóset-Dura
1,5
05:00
03:00
02:00
1
Clóset-MDF
3,0
06:30
04:30
02:00
Fuente: Autor
La cantidad de perforaciones para la posterior construcción de cada mueble, y el
tiempo que se optimiza se puede apreciar en la siguiente tabla:
134
Tabla XLIX. Optimización del tiempo de trabajo al realizar la perforaciones requeridas para construir cada mueble
ANTES
AHORA
OPTIMIZA
OPTIMIZA
N°
Tiempo
Tiempo
Tiempo
Porcentaje
perforacio_
[mm:ss]
[mm:ss]
[mm:ss]
Estándar
nes
Puerta-Suave
12
72:00
48:00
24:00
33%
Puerta-Dura
12
84:00
60:00
24:00
28%
Cómoda-
26
138:20
86:20
52:00
37%
Cómoda-Dura
26
138:20
86:20
52:00
37%
Cómoda-MDF
26
130:00
78:00
52:00
40%
Clóset-Suave
50
250:00
150:00
100:00
40%
Clóset-Dura
50
250:00
150:00
100:00
40%
Clóset-MDF
50
315:00
215:00
100:00
31%
Suave
Fuente: Autor
La Tabla 49 muestra que la modernización de la máquina perforadora lineal de
ebanistería permite optimizar en promedio el 30% del tiempo que se emplea en la
construcción de cada mueble.
La cantidad de muebles que se realiza en cinco (5) días laborables en la fábrica
“FAMUCLACH”, son tres puertas, una cómoda y un clóset; y en la fabricación de
cada mueble interviene una cantidad diferente de materia prima, como muestra la
Tabla 50:
Tabla L. Cantidad de materia prima requerida para construir cada mueble
ANTES
AHORA
Materia prima
Materia prima
Puerta
7 maderos
6 maderos
Cómoda
11 maderos
10 maderos
Clóset
4 planchas
3 planchas
Proceso
Fuente: Autor
135
En la Tabla 51 se reflejan los resultados de la optimización de materia prima, una
vez comparados los datos de antes y después de modernizar la máquina
perforadora de ebanistería, para lo cual se ha tomado en cuenta veinte (20) días
laborables.
Tabla LI. Optimización de materia prima requerida para construir cada mueble en veinte días laborables
Proceso
ANTES
AHORA
OPTIMIZA
OPTIMIZA
Porcentaje
Materia
Cantidad
Cantidad
Cantidad
Cantidad
prima
muebles
materia
materia
materia
prima
prima
prima
Puerta
Madero
12
84
72
12
14%
Cómoda
Madero
4
44
40
4
9%
Clóset
Plancha
4
16
12
4
25%
Fuente: Autor
La Tabla 51 muestra que la modernización de la máquina perforadora lineal de
ebanistería permite optimizar en promedio el 16% de la materia prima que se
emplea al trabajar veinte (20) días laborables.
La implementación del sistema neumático muestra resultados favorables en la
seguridad de los operarios, esto se debe a que ninguno de los otros dos sistemas
son alimentados de energía eléctrica, si la madera no se encuentra prensada.
Por lo tanto el operario debe obligatoriamente activar el sistema neumático para
poder perforar la madera y a su vez salvaguardar su integridad física.
136
CONCLUSIONES
 La modernización de la máquina perforadora lineal de ebanistería agilita el
proceso de producción de muebles, reduciendo el tiempo en el proceso de
perforación de la materia prima en 30%.
 El sistema de profundidad optimiza el uso de la materia prima que se
requiere para fabricar cada mueble, reduciendo su consumo en 16%,
tomando en cuenta veinte días laborables.
 A través de la relación de transmisión se optimiza la fuerza y velocidad del
posicionamiento vertical.
 El sistema neumático implementado en la máquina perforadora lineal de
ebanistería eleva la protección del operario en 12%.
 Mediante las pruebas realizadas se pudo corregir errores y falencias en el
campo de precisión, velocidad, sujeción neumática y profundidad,
presentadas en la máquina perforadora lineal, alcanzando un error de 1%.
137
RECOMENDACIONES
 Cumplir a cabalidad con el mantenimiento de la máquina perforadora lineal
de ebanistería en el tiempo indicado para evitar contratiempos mayores a
largo plazo.
 Se recomienda leer el manual de usuario antes de iniciar a trabajar para
operar correctamente la máquina.
 En caso de cualquier desperfecto en la máquina perforadora lineal de
ebanistería se recomienda buscar asistencia técnica capacitada o
comunicarse con los autores de la modernización.
 Es importante revisar la presión que ingresa al sistema neumático desde el
compresor, la cual no debe exceder los 100 psi, el caso omiso a esta
advertencia puede causar daños al equipo y al operario.
138
BIBLIOGRAFÍA
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Technology
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139
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SE.
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FESTO AG y Co.
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(sl): GSK CNC EQUIPMENT CO., LTD
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MikroElektronika. Utilizar el visualizador LCD, 4(12), (sn). Recuperado de
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Los 7 elementos básicos de la programación de PIC en C, 2(1), (sn).
Recuperado de http://www.programarpicenc.com/libro/programacion-pic-enc-mikroc-pro.html
140
 TecMikro. (2014). Programación de PIC en C con el compilador MikroC PRO.
Problemas y errores con los microcontroladores PIC, 2(1), (sn). Recuperado
de
http://www.programarpicenc.com/libro/ape-problemas-errores-
microcontroladores-pic.html
141
ANEXOS
142
ANEXO A-1. DIÁMETROS PARA ROSCAS ACME
143
El anexo A-1 contiene las combinaciones preferidas del diámetro básico mayor, D
y número de roscas por pulgada, n, para roscas ACME. El Paso, p, es la distancia
de un punto en una rosca al punto correspondiente en la rosca adyacente, siendo
=
1

Anexo A-1.- Diámetros para roscas ACME, Diseño de Elementos de Máquinas,
Robert L. Mott, P.E. Editorial: Pearson Educación.
144
ANEXO A-2. SERVOMOTOR KINCO SMH80S-0075-30AAK-3LKH
145
A-2.1. ESPECIFICACIONES TÉCNICAS
Anexo A-2.1.- Especificaciones Técnicas del servomotor SMH80S-0075-30AAK3LKH, Kinco Automation, CD_SERVO_User Manual,(pág 121).
146
A-2.2. PANEL DE CONTROL DIGITAL
Número/
Punto
FUNCIÓN
①
Indica cuando el dato es positivo o negativo. Si está encendido, indica
negativo; de lo contrario, indica positivo.
②
1. Distingue el grupo de objetos actual y los datos de dirección de este
grupo de objetos durante la configuración de los parámetros.
2. Indica los 16 bits altos de los datos de 32 bits actuales cuando se
visualiza datos de 32 bits en tiempo real.
3. Indica el primer error cuando se muestran registros de historia de
errores (F007).
③
1. Indica un formato de visualización de datos cuando se visualizan y
se ajustan los parámetros en tiempo real. Si está encendido, indica
que los datos se muestran en hexadecimal; de lo contrario, indica los
datos se muestran en formato decimal.
2. Indica el último error cuando se muestran los registros del historial
de errores (F007).
④
1. Si está encendido, indica que los datos internos se muestran
actualmente.
2. Si parpadea, indica que la parte de potencia del controlador se
encuentra en el estado de trabajo.
1. Cambia menús básicos.
2. Durante el ajuste de parámetros, pulsar brevemente la tecla para
MODE
mover el bit a ser ajustado, y presiones largas de la tecla para volver
al estado anterior.
147
▲
Presione ▲ para aumentar valores de ajuste; presiones largas ▲ para
aumentar el número rápidamente.
▼
Presione ▼ para disminuir los valores establecidos; presiones largas
▼ para disminuir los números rápidamente.
1. Entra en el menú seleccionado pulsando esta tecla.
2. Mantiene parámetros actuales en el estado activado.
ENTER
3. Confirma los parámetros de entrada después de establecer.
4. Pulsaciones largas, cambia, 16 bits más altos/más bajos cuando
los 32 bits se visualizan en tiempo real.
P..L
Activa las señales de límite de posición positivo.
n..L
Activa las señales de límite de posición negativo.
Pn.L
Activa las señales de límite de posición positivo / negativo.
Overall
Indica que se produce un error en el driver, y está en el estado de
Flicking
alarma.
Anexo A-2.2.- Panel de control digital del servodriver y tabla de sus funciones, Kinco
Automation, CD_SERVO_User Manual,(pág 25).
148
A-2.3. PASOS PARA UTILIZAR EL CONTROL DIGITAL DEL
SERVODRIVER
Ejemplo de establecimiento de parámetros para la Entrada 1:
N°
Descripción
1
Presionar la tecla MODE, lo que permite que ingrese a los submenús,
nuevamente presionar la tecla MODE, una y otra vez hasta alcanzar el
submenú F003
2
Una vez alcanzado este estado, presionar la tecla ENTER, que permite
desplegar las direcciones que alberga.
3
Presionar la tecla ▲, hasta llegar a la dirección d3.01.
4
Una vez alcanzado este estado, presionar la tecla ENTER
5
El display en el panel de control digital se presenta de esta forma 0000, para
asignar los parámetros requeridos debe presionar ENTER, lo que permite
modificar el parámetro mediante las teclas ▲ y ▼ de 0 a 9.
6
Modificado al número deseado se traslada al siguiente digito, esto al presionar
la tecla MODE, cabe resaltar que se empieza el establecimiento de derecha
a izquierda, una vez terminada la modificación tendremos en el display la
configuración 002.0 que corresponde al límite negativo.
7
Presione ENTER para confirmar el establecimiento del parámetro.
Anexo A-2.3.1.- Pasos para usar el Control Digital del Servodriver. Fuente propia.
Anexo A-2.3.2.- Ejemplo de establecimiento de parámetros, Fuente propia.
149
A-2.4. DIAGRAMA DE CONEXIÓN DE ENTRADAS TIPO PNP
Anexo A-2.4.- Diagrama de conexión de entradas tipo PNP, Kinco Automation,
CD_SERVO_User Manual, (pág 52),pdf.
150
ANEXO A-3. CONTADOR DE PULSOS MYPIN FH SERIES OF
COUNTER/LENGTH/BATCH METER
151
Anexo
A-3.1.-
Especificaciones
Técnicas
de
MYPIN
FH
Series
of
Counter/Length/Batch Meter, Contador de Pulsos. Manual de instrucciones MYPIN,
FH series, (pág 1),pdf.
Anexo
A-3.2.-
Terminal
de
conexiones
de
MYPIN
FH
Series
of
Counter/Length/Batch Meter, Contador de Pulsos. Manual de instrucciones MYPIN,
FH series, (pág 2),pdf.
152
ANEXO A-4. SELECCIÓN DE DISPOSITIVOS NEUMÁTICOS
153
Anexo A-4.1. Selección del cilindro de doble efecto, FESTO, guía de productos
2013 – 2014.
Anexo A-4.2. Selección de la unidad de mantenimiento, FESTO, guía de productos
2013 – 2014.
154
Anexo A-4.3. Selección de la electroválvula, FESTO, guía de productos 2013 –
2014.
155
ANEXO A-5. MICROCONTROLADOR PIC 16F876A
156
A-5.1. PINES DE CONEXIÓN
Anexo A-5.1.- Pines de conexión del microcontrolador PIC 16F876A, Microchip
PIC16F87XA Data Sheet, 28/40/44-Pin Enhanced Flash Microcontrollers, 2003
Microchip Technology Inc, (pág 2).pdf
A-5.2. CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES
Características principales
CPU de arquitectura RISC (Reduced Instruction Set Computer).
Set de 35 instrucciones
Frecuencia de reloj hasta 20MHz (ciclo de instrucción de 200ns)
Todas las instrucciones se ejecutan en un único ciclo de instrucción, excepto las
de salto
Hasta 8000 x 14 palabras de Memoria de Programa FLASH
Hasta 368 x 8 bytes de Memoria de Datos tipo RAM
Hasta 256 x 8 bytes de Memoria de Datos tipo EEPROM
Hasta 15 fuentes de interrupción posible
8 niveles de profundidad en la Pila hardware
Modo de bajo consumo (Sleep)
Tipo de oscilador seleccionable (RC, HS, XT, LP y externo)
Rango de voltaje de operación desde 2,0 V a 5,5V
3 Temporizadores
Watchdog Timer (perro guardián)
Anexo A-5.2.- Características principales del microcontrolador.
Fuente: (PIC16F876, sf)
157
A-5.3. CARACTERÍSTICAS DE LA FAMILIA PIC16F87X
Anexo A-5.3. Tabla de características de la familia PIC16F87X, Microcontrolador
PIC 16F876A.
A-5.4. CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS
Anexo A-5.4. Características eléctricas del microcontrolador, (MICROCHIP, 2003,
pág. 173).
158
A-5.5. FUNCIÓN DE LOS PUERTOS
Puerto A:
Anexo A-5.5.1.- Puerto A, (MICROCHIP, 2003, pág. 43)
Puerto B:
Anexo A-5.5.2.- Puerto B, (MICROCHIP, 2003, pág. 45).
159
Puerto C:
Anexo A-5.5.3.- Puerto C, (MICROCHIP, 2003, pág. 47)
A-5.6. CONFIGURACIÓN DE REGISTRO ADCON1 (E/S DIGITALES)
160
Anexo A-5.6.- Configuración de Registro ADCON1 (E/S Digitales), (MICROCHIP,
2003, pág. 128)
A-5.7. PROGRAMA DE VISUALIZACIÓN DEL SISTEMA DE TOPES
161
162
163
Anexo A-5.7. Programa utilizado en el sistema de profundidad. Fuente propia.
164
ANEXO A-6. ANÁLISIS DE ELEMENTO MECÁNICOS
165
A-6.1. PROPIEDADES ACERO AISI 1018 LAMINADO EN FRÍO
Fuente: (Budynas & Nisbett, 2008).
A-6.2.- FRACCIÓN DE RESISTENCIA A LA FATIGA (f)
Fuente: (Budynas & Nisbett, 2008).
166
A-6.3. PROPIEDADES ACERO AISI 4140 RECOCIDO
Fuente: (Budynas & Nisbett, 2008).
A-6.4. FACTOR DE SOBRECARGA PARA ENGRANAJES, Ko
Fuente: (Budynas & Nisbeth, 2008).
167
A-6.5. FACTOR GEOMÉTRICO J
Fuente: (Budynas & Nisbeth, 2008)
A-6.6. FACTOR DE DISTRIBUCIÓN DE CARGA, Km
Fuente: (ingemecánica, sf)
168
A-6.7. FACTOR DINÁMICO, Kv
Fuente: (Budynas & Nisbeth, 2008).
A-6.8. FACTOR DE ESPESOR DEL ARO, KB:
Fuente: (Budynas & Nisbeth, 2008).
169
A-6.9. MÓDULO DE ELASTICIDAD Y RELACIÓN DE POISSON
Fuente: Diseño de transmisión por engranajes Rectos. Monografías.com
Fuente: (monografias.com, 2010)
A-6.10. FACTOR DE DUREZA, CH
Fuente: (Budynas & Nisbeth, 2008).
170
A-6.11. FACTOR DE CICLOS DE CARGA A FLEXIÓN, YN
Fuente: (Budynas & Nisbeth, 2008).
A-6.12.- FACTOR DE CICLOS DE CARGA A LA PICADURA, ZN
Fuente: (Budynas & Nisbeth, 2008).
171
A-6.13. ESFUERZO DE CONTACTO PERMISIBLE, St
Fuente: (Budynas & Nisbeth, 2008).
A-6.14. ESFUERZO DE CONTACTO PERMISIBLE, Sc
Fuente: (Budynas & Nisbeth, 2008).
172
ANEXO A-7. FOTOGRAFÍAS
173
Desmontaje de la bancada de la máquina perforadora de ebanistería.
Utilización de una pesa electrónica para conocer el peso de la bancada
Pruebas del Sistema de posicionamiento vertical
174
Pruebas de sistema Neumático
Pruebas del sistema de profundidad
175
Implementación del gabinete principal
Implementación del panel de control
Montaje de los diferentes sistemas en la máquina
Anexo A-11. Fotografías tomadas en el trayecto del proyecto de grado. Fuente
propia.
176
ANEXO A-8. MANUAL DE USUARIO Y MANTENIMIENTO
177
FÁBRICA DE MUEBLES CLÁSICOS
CHANDI “FAMUCLACH”
MÁQUINA PERFORADORA LINEAL DE
EBANISTERÍA
MANUAL DE USUARIO
Y
MANTENIMIENTO
2014
178
ÍNDICE
ÍNDICE………………………………………………………………...………….…….180
INTRODUCCIÓN…………………………………………………..………….……….181
INFORMACIÓN GENERAL DE LA MÁQUINA……………………………….….…182
MANUAL DE USUARIO……………………………………………………………....185
MANUAL DE MANTENIMIENTO…………………………………………………….190
MANTENIMIENTO PREVENTIVO MECÁNICO Y ELÉCTRICO…………191
MANTENIMIENTO CORRECTIVO MECÁNICO…………………………...194
MANTENIMIENTO CORRECTIVO ELÉCTRICO…………………………..196
179
1. INTRODUCCIÓN:
El presente manual contiene información que permite al usuario usar como guía
para el uso correcto de la perforadora lineal de ebanistería.
Este manual debe considerarse como parte integrante de la máquina y este debe
ser conservado hasta su desmontaje, la persona responsable del mantenimiento
de la fábrica debe guardar este documento en un lugar seguro, seco y de fácil
acceso, garantizando que esté a disposición en el futuro.
Las recomendaciones de instalación, mantenimiento, posibles causas, soluciones,
información sobre las características técnicas y el uso seguro de la máquina se
encuentran en este documento, por lo cual es muy importante leer atentamente
este manual antes de usar, para asegurar el mejor rendimiento de la perforadora
lineal de ebanistería.
Intención de este manual y las personas interesadas:
Este manual está dirigido a:

Usuario de la máquina

Propietario

Persona a cargo

Responsable del turno

Instaladores

Responsable de mantenimiento

Responsable de desmontaje final
La información incluida en el manual de usuario se ha desarrollado para demostrar
el uso de la máquina y sus características técnicas, así como proporcionar
información sobre su desplazamiento, instalación, montaje, configuración y uso.
Esto también incluye información relativa a la formación del operador, sugerencias
de mantenimiento, seguridad de la maquinaria y de los operadores que trabajan en
ésta.
180
2. INFORMACIÓN GENERAL DE LA MÁQUINA
Los componentes principales de la máquina son:
Figura 1. Taladro de Ebanistería.
Fuente: Autor.
181
1) Gabinete principal
El gabinete principal se encuentra ubicado en la parte superior izquierda del
operador, en la cual se encuentran la alimentación, las diferentes protecciones
eléctricas y el controlador del sistema de posicionamiento vertical (servodriver).
2) Panel de control
El panel de control se encuentra ubicado en la parte superior derecha del operador,
cuyos controles se utilizan principalmente para:
 Encender los diferentes sistemas implementados.
 Mover la bancada.
 Seleccionar el estándar a perforar
 Paro de emergencia
A su vez este panel permite al operario observar:
 Estándar seleccionado
 La distancia que la bancada se ha movilizado
 Indicadores luminosos
3) Bancada
La bancada se encuentra frente al operario, en la cual se coloca la madera
previamente prensada, para su posterior perforación; su movimiento se da gracias
al servomotor que el operario controla desde el panel de control.
4) Taladro
El taladro se encuentra frente al operario, lo que facilita la visualización de éste al
perforar la madera, cabe aclarar que el taladro es controlado independientemente
de los sistemas implementados.
182
5) Sistema de transmisión de movimiento
El sistema de transmisión de movimiento se encuentra localizado bajo la bancada
de la máquina, éste es el encargado de transmitir el movimiento generado por el
servomotor hacia el tornillo de potencia (TP), a través de una relación de engranajes
(E1-E2) y un bisel (E3-E4), como se puede apreciar de mejor manera en la Figura
2.2:
Figura 2. Sistema de transmisión de movimiento
Fuente. Propia
6) Prensa neumática
La prensa neumática se encuentra ubicada sobre la bancada de la máquina, su
función principal es dar seguridad al operario, al presionar la madera contra la
bancada.
183
3. MANUAL DE USUARIO
En este documento se muestra el manual de usuario de la “máquina perforadora
lineal de ebanistería”, el cual permite a los operarios de la máquina obtener el mejor
rendimiento al operar la máquina de la manera más adecuada y oportuna, tomando
en cuenta las recomendaciones de uso dispuestas por el fabricante.
Descripción de funcionamiento del panel de control:
Figura 3. Panel de control.
Fuente. Autor.
1) Parada de emergencia
2) Encendido de la máquina
3) Sentido de movimiento de la bancada (abajo/arriba)
4) Velocidad de movimiento de la bancada (despacio/rápido)
5) Activar movimiento de la bancada
184
6) Visualizador del movimiento de la bancada
7) Indicador luminoso de prensa activa
8) Indicador luminoso de bancada en movimiento (motor activo)
9) Indicador luminoso de bancada sin movimiento (motor desactivado)
10) Visualizador del estándar de profundidad seleccionado
11) Iniciar estándar de profundidad
12) Selección de tipo de mueble
13) Selección de tipo de madera
Pasos para el correcto uso de la perforadora lineal de ebanistería
Los pasos que se muestran en la Tabla 1, detallan un correcto uso de la perforadora
lineal de ebanistería para obtener un buen rendimiento y evitar cualquier falla.
Tabla 1. Pasos para el correcto uso de la perforadora lineal de ebanistería.
Paso
1
Función
Orden
Descripción
Observación
y Limpiar el lugar de trabajo Para retirar el polvo de la
limpieza
mediante útiles de aseo.
máquina
es
factible
utilizar aire comprimido
2
Revisión
Revisar
alimentación
a
la La presión de aire debe
de rutina
máquina, aceite en compresor, ser equivalente a 5[bar]
presión de aire en el filtro.
3
Ubicación
Ubicar el madero sobre la Verificar que el madero
de madero
bancada
para
su
perforación.
posterior se encuentre bajo la
prensa neumática.
Girar el selector (2) hacia la El indicador luminoso (7)
4
Encender
derecha (sentido horario), para se activa, indicando que
la máquina
energizar todos los sistemas y está activa la prensa
(ON)
prensar la madera.
neumática.
185
5
Sentido de
Para posicionar la bancada a la Ninguna
movimient
altura deseada, el operario
o de la
cuenta con el selector (3), el
bancada
cual permite seleccionar si
(Abajo/
desea subir o bajar la bancada.
Arriba)
6
Velocidad
El
operario
puede
elegir Ninguna
de la
mediante el selector (4) la
bancada
velocidad a la cual se movilice
(Despacio/
la bancada
Rápido)
El indicador luminoso (8)
se activa solo cuando
está en movimiento la
bancada.
Realizados los pasos (P5) y
(P6), para activar el movimiento
deseado
debe
mantener
presionado el pulsador (5).
Activar
7
El indicador luminoso (9)
se activa solo cuando la
bancada está detenida.
movimient
o de la
bancada
El
operario
observar
visualizador
puede
en
(6),
el
la
distancia que la bancada
recorre.
186
Elegir tipo
Seleccionar el tipo de mueble Se procede a realizar
de mueble
mediante el selector (12)
8
este
( Puerta/
paso,
una
vez
ubicada la bancada a la
Cómoda/
altura deseada.
MUEBLE
Closet )
9
Elegir tipo
Seleccionar el tipo de madera
de madera
que se va a perforar, mediante Ninguna
( Suave/
el selector (13)
Dura/
Mdf )
MADERA
Cumplidos los pasos (8) y (9), El
10
operario
puede
Iniciar
el operario debe presionar el observar
en
el
estándar
pulsador (11) para activar el visualizador
(10),
el
de
estándar escogido
estándar seleccionado, y
profundida
la distancia del mismo.
d
Culminado el paso (10), el El pasador a ubicar es el
operario debe ubicar el pasador siguiente:
11
Ubicar
pasador
el en la varilla estandarizada,
tomando como referencia el
indicador
luminoso
que
se
alinea con el borde de la
bancada.
Perforar la Cumplidos
12
madera
a
cabalidad
los
pasos descritos, el operario Ninguna
puede perforar la madera.
Para ubicar otro madero que Presionar por segunda
requiera
13
las
mismas vez el pulsador (1), para
Des-
características,
energizar
presionar el pulsador (1), el neumática
cual
responde
puede volver a activar la prensa
a
paro
y
los
de energizar los sistemas.
187
los
emergencia,
así
la
prensa
sistemas
neumática se desactiva y los
sistemas se des-energizan.
Girar el selector (2) hacia la
Apagar
14
máquina
(OFF)
la izquierda (sentido antihorario),
para des-energizar todos los
sistemas y liberar la madera.
Fuente: Autor
NOTA: Se recomienda que el operario una vez terminado el trabajo en la
perforadora lineal de ebanistería, apague la máquina siguiendo el paso 14 de la
Tabla 1.
188
4. MANUAL DE MANTENIMIENTO
El siguiente documento permite al jefe de mantenimiento de la fábrica realizar un
mantenimiento preventivo sobre los diferentes componentes de la máquina, así
como resolver cualquier desperfecto que se pueda generar por el mal uso, falla de
la red eléctrica u otro suceso que se pueda dar.
Importancia del mantenimiento
Una vez se ha modernizado el taladro horizontal de ebanistería, este consta de dos
partes, la parte mecánica y la parte eléctrica; las cuales deben tener un
mantenimiento responsable y riguroso, para evitar cualquier desperfecto, desgaste
progresivo con el uso de la máquina y alargar su vida útil; a continuación se
proporcionará información al respecto.
Mantenimiento preventivo:
El mantenimiento preventivo son las acciones necesarias para alargar la vida útil
de la máquina y mecanismos que la componen y así evitar la suspensión de las
actividades laborales por imprevistos, por lo tanto el jefe de mantenimiento debe
realizar revisiones periódicas, una vez se hayan cumplido las horas de trabajo
planificadas.
Mantenimiento correctivo:
El mantenimiento correctivo se realiza cuando existen una serie de fallas en la
maquinaria o errores del operario, como averías, mal uso, etc; las cuales son
impredecibles a la hora de realizar el debido mantenimiento.
Por lo tanto este manual da pautas al jefe de mantenimiento para que solucione la
avería que se ha producido en el taladro de ebanistería lo más pronto posible y así
evitar pérdidas de producción, deficiencias en la calidad, tiempos muertos y perdida
de ganancia.
189
4.1.
MANTENIMIENTO
PREVENTIVO
MECÁNICO
Y
ELÉCTRICO
En el mantenimiento es uno de los principales puntos a tomar en cuenta para el
correcto funcionamiento de la máquina perforadora lineal de ebanistería.
Cabe resaltar que antes de empezar el mantenimiento se debe realizar estas
actividades:
-
Registro de datos del tablero
-
Des-energizar y puesta a tierra
-
Observar que no presente daños visibles, piezas flojas o sueltas.
En la Tabla 2, se encuentran sugerencias para mantener en buen estado la
maquinaria:
Tabla 2. Mantenimiento preventivo mecánico y eléctrico de la máquina perforadora lineal de ebanistería.
Frecuencia
Actividad
Limpieza
Detalle
del Retirar el polvo que se Si el polvo se
lugar de trabajo
Diariamente
Observación
encuentra
sobre
el encuentra
mecanismo de transmisión adherido, limpiar
de movimiento, mediante con
aire comprimido.
un
cepillo
metálico.
Revisión
del Revisar que el manómetro Comprobar
el
sistema
señale 5 [bar], los cuales estado
las
neumático
son necesarios para el mangueras
de
y
buen funcionamiento del escuchar si hay
sistema neumático.
Verificar
la Eliminar
goteos
cubierta de la condensación
máquina
de
sobre la máquina.
fuga de aire.
o Observar
si
agua existen restos de
goteras
de
la
cubierta.
190
Girar
las Verificar que los cuatro En caso de girar
sujeciones
del pernos que aseguran el un
servomotor
perno,
usar
llave
(14),
servomotor a la máquina, una
no giren al hacer presión para asegurar el
con la mano.
perno
prudentemente.
Comprobar
la En el tablero principal se Si
alimentación de puede
la máquina
observar
indicador
el
indicador
un luminoso
se
luminoso encuentra
encendido, el cual informa apagado, informar
al operario que la máquina al
está
jefe
de
correctamente mantenimiento.
energizada.
Verificar
libertad
la El
tornillo
potencia Para realizar esta
de puede fácilmente moverse verificación
movimiento del con
tornillo
de
la
mano,
si
éste máquina
la
debe
de muestra gran resistencia estar apagada.
potencia
informe
al
jefe
de
mantenimiento.
Evacuar el agua Revisar el color del agua,
acumulada
Semanalmente
del para saber el grado de
filtro neumático
impurezas que ingresan.
Comprobar nivel Revisar el estado de nivel El
de
aceite
compresor
cambio
en de aceite del compresor, de aceite
ser
necesario
aumentar compresor
hasta el nivel apropiado.
de
del
se
debe realizar tras
Buscar el rastro de aceite cumplirse
las
derramado en caso de horas de trabajo
fuga.
que establece el
fabricante
de
éste.
191
Probar
los Verificar
switchs
del movimiento de las piezas de los switchs no
panel de control
móviles
la
libertad
del
tablero
de La
de debe
control.
Revisión
limpieza
gabinete,
manipulación
exigir
esfuerzo alguno.
y Retirar el polvo de cables, Observar si existe
del aisladores,
interruptores descoloración de
electromagnéticos y demás los
dispositivos,
componentes que integran ya que es signo
el
tablero,
sopleteando de
ligeramente, con ayuda de recalentamiento.
una aspiradora y de una
brocha.
Realizar
Mantener un registro del
mediciones
voltaje de las acometidas
mediante
multímetro
el eléctricas que alimentan al
en gabinete principal, y este a
las acometidas su vez a los diferentes
eléctricas de la sistemas que conforman la
fábrica.
modernización.
Lubricación del Una vez retirado el polvo Movilizar
sistema
de por completo, rociar sobre manualmente
transmisión
de todo el mecanismo una mecanismo para
movimiento
capa
de
lubricante que el lubricante
sintético, adecuado para se
lubricar
el
tornillos
esparza
de totalmente.
potencia.
Pruebas
operación
mecánica
Mensualmente
interruptores
principales
secundarios
de Accionar
el
dispositivo
manualmente,
de comprobando de que el
movimiento es el correcto y
y si funcionan con la facilidad
necesaria
para
ofrecer
192
protección
en
caso
de
emergencia.
Revisión
del Reapretar
sistema
de terminales,
tierras y apriete atención
de
todas
las
poniendo
en
cada
conexiones componente que se esté
en general
reapretando para detectar
si este tiene rastros de
calentamiento.
Quitar
la Limpiar
las
piezas con El cepillo metálico
corrosión de las disolventes especiales que ayuda a limpiar el
piezas
que quiten la corrosión.
conforman
el
mecanismo
de
transmisión
de
óxido.
movimiento
Fuente: Autor
4.2.
MANTENIMIENTO CORRECTIVO MECÁNICO
Al realizar un mantenimiento correctivo mecánico revisar la Tabla 3, para solucionar
el problema:
Tabla 3. Mantenimiento correctivo mecánico de la perforadora lineal de ebanistería.
PROBLEMA
POSIBLE CAUSA
Sobrecalentamiento
El
mecanismo
del servomotor
transmisión
movimiento
SOLUCIÓN
de Limpiar el polvo y otras
de impurezas que puedan
no
tiene afectar al movimiento del
lubricación, por lo que se mecanismo.
crea demasiada fricción.
193
No hay movimiento de El
la bancada.
sistema
de Utilizar
disolventes
transmisión
de especiales para limpiar
movimiento
debe las partes afectadas por
lubricarse con lubricante la creación de grumos, si
sintético, exclusivo para es necesario utilizar el
tornillo de potencia, y cepillo metálico.
aplicar el producto una
vez limpio el mecanismo.
No
usar
otros
lubricantes.
Falta de presión sobre La presión de aire que Revisar si el manómetro
la madera por parte de ingresa en el sistema en el gabinete neumático
la prensa neumática
neumático puede no ser señala lo indicado por
la correcta.
este
manual,
contrario
Las
mangueras
ajustar
caso
a
5
que [bar].
conducen el aire pueden
tener una fuga.
Escuchar
mangueras
si
las
emiten un
sonido; o aplicar agua
con
jabón
sobre
las
mangueras y observar si
se crean burbujas.
Fuente: Autor.
194
4.3.
MANTENIMIENTO CORRECTIVO ELÉCTRICO
Para realizar un mantenimiento correctivo eléctrico revisar la Tabla 4, para
solucionar el problema:
Tabla 4. Mantenimiento correctivo eléctrico de la perforadora lineal de ebanistería.
PROBLEMA
El
mecanismo
de Se
POSIBLE CAUSA
SOLUCIÓN
produjo
la
una Reiniciar
posicionamiento vertical sobrecarga o una subida desde
se
el
máquina
tablero
de
detuvo de tensión, por lo que las control, con el switch
espontáneamente.
protecciones
internas ON/OFF.
desconectaron
el
servomotor
El indicador luminoso no Foco flojo
Ajuste el foco
enciende
Cambie
Foco quemado
el
asegurándose
foco
que
el
nuevo tenga el mismo
vatiaje y voltaje.
El tablero se prende y La acometida eléctrica Des-energizar
el
apaga muy seguido
y
que alimenta al gabinete gabinete
principal
principal no se encuentra medir con un multímetro
en buen estado.
la
acometida
que
alimenta a éste.
Fuente: Autor
Si después de revisar las posibles causas y soluciones, el problema persiste llame
al SERVICIO TÉCNICO AUTORIZADO, la información se encuentra al final de este
manual.
195
ADVERTENCIA: Cualquier tipo de mantenimiento que vaya a realizar, el taladro
horizontal debe ser desconectado del sistema eléctrico, esto como medida de
seguridad y protección.
196
ANEXO A-9. PLANOS ELÉCTRICOS
197