Recomendaciones para seleccionar la pinza adecuada

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Aunque a menudo se pasan por alto, las pinzas son una parte importante en un sistema de automatización exitoso y elegir la adecuada puede resultar en un desempeño, tiempo de actividad y seguridad del operador optimizados. Este artículo destaca las diversas características operativas que deben considerarse antes de realizar una elección informada y exitosa.

Cuando a una persona se le dice que “tome el control” se le pide que controle sus emociones y se comporte con más calma. En el mundo de la manufactura, la capacidad de obtener, y mantener de manera consistente, un agarre bueno y confiable puede ser la diferencia entre el éxito operativo y el fracaso.

Sin embargo, a pesar de la importancia de la pinza, los ingenieros que diseñan los sistemas de automatización para tomar y posicionar (pick-and-place) utilizados en industrias tan diversas como la automotriz, la farmacéutica, la electrónica y los bienes de consumo, a menudo prestan una atención insuficiente al tipo de pinza más adecuado para usar en su sistema. Hay disponible una amplia gama de estilos de pinzas, y los ingenieros están diseñando sistemas que pueden tener miles de piezas. La conveniencia, la familiaridad o una especificación generalizada del usuario final pueden contribuir a una decisión menos que óptima.

En el universo actual de manufactura automatizada, más del 95 % de las pinzas en uso son accionadas neumáticamente.

En realidad, hay muchas consideraciones que deben abordarse al elegir una pinza. Entre estas se encuentran los efectos que la suciedad, la arena, el aceite, la grasa, el fluido de corte, la variación de la temperatura, la limpieza y el nivel de interacción humana que puede suceder en el funcionamiento de un sistema automatizado. En otras palabras, no es suficiente elegir arbitrariamente una pinza del estante o de las páginas de un catálogo.

Conozca su entorno operativo

En el universo actual de manufactura automatizada, más del 95 % de las pinzas en uso son accionadas neumáticamente. Si bien ha habido algunos avances en el diseño y el funcionamiento de las pinzas eléctricas, las pinzas neumáticas han sido el estándar durante muchos años y seguirán siendo la mayoría en el futuro previsible.

Las pinzas controladas neumáticamente se utilizan generalmente para tres tareas básicas. La primera es sujetar y sostener un producto o componente mientras se transfiere, por ejemplo, desde o hacia un transportador, estación de trabajo, máquina, etc. Es tan simple como tomar una botella de aspirina de una banda transportadora y colocarla en una caja. La segunda es la orientación de la pieza, o colocar la pieza o el producto en la posición correcta en preparación para el siguiente proceso, tal como invertir la caja de aspirina para que se pueda aplicar una etiqueta. La tercera es agarrar una parte mientras se está trabajando, como una pinza montada robóticamente que sujeta la caja de aspirina mientras se sella o se aplica la etiqueta.

Si bien estas tareas parecen ser sencillas, su operación efectiva solo se garantiza si se elige el tipo correcto de pinza para las condiciones de operación. En el más amplio de los términos, hay dos clases comunes de ambientes operativos que pueden requerir atención especial:

  • Contaminado: en este tipo de ambiente es importante mantener cualquier contaminante fuera de la pinza para que funcione sin problemas a lo largo de su vida útil. Puede haber altos niveles de suciedad, residuos, aceite y grasa. En estos entornos, las variaciones de temperatura, generalmente temperaturas más altas, también pueden afectar el funcionamiento interno de la pinza y ser perjudiciales para su operación. Estos ambientes son comunes en aplicaciones de la industria automotriz, fundición, mecanizado y aplicaciones industriales en general.

    En muchos modelos hay disponibles puertos de purga. Un puerto de purga es simplemente un puerto de aire adicional en el cuerpo de la pinza que tiene un canal al mecanismo interno de la pinza. Se introduce aire a baja presión para mantener la presión positiva dentro de la carcasa de la pinza y evitar que los contaminantes ingresen mecanismo interno. También es posible que se necesiten alemites como parte de un programa de mantenimiento preventivo en ambientes muy difíciles para purgar la grasa sucia y/o agregar grasa nueva a la unidad.

  • Limpio: en este tipo de ambiente el objetivo es evitar que cualquier cosa que esté dentro o sobre la pinza se libere en el entorno de trabajo y contamine la pieza o el proceso. Esto es común en las industrias médica, farmacéutica, electrónica y de producción de alimentos, donde solo se permiten cantidades muy pequeñas de contaminantes en el aire o en la superficie. Muchas pinzas tienen una clasificación de cuarto limpio para operar en un ambiente específico.

    Los puertos de barrido están disponibles en muchos modelos de pinzas. Estos puertos a menudo tienen un doble propósito como los puertos de purga mencionados anteriormente. La diferencia es que cuando el puerto se utiliza para limpiar, los contaminantes que puedan estar presentes en la propia pinza serán retenidos y se evitará su escape al medio ambiente. Para lograr esto, se aplica un vacío de bajo nivel al puerto para crear una presión negativa y succionar el aire limpio del interior de la atmósfera de trabajo, a través de la pinza y fuera de la celda de trabajo.

Ya sea que se opere en un campo limpio o sucio, el blindaje puede ser un medio efectivo para aumentar la confiabilidad. Los blindajes estándar o de diseño personalizado pueden desviar los desechos lejos de los mecanismos internos en un ambiente sucio, o ayudar a mantener la grasa y las contenciones internas controladas en uno limpio. Estos pueden variar en forma, desde simples escudos o cubiertas de chapa formada, hasta botas y fuelles flexibles o limpiaparabrisas de tipo labio. Estos pueden ofrecerse como parte de la propia pinza, ya sea estándar, opcional o como oferta especial, o pueden ser agregados por el usuario como parte de la integración de la máquina.

Debe considerarse la orientación de la pinza en relación con la dirección de los contaminantes que golpean la unidad para minimizar la cantidad de desechos que pueden entrar en contacto con superficies móviles o aberturas expuestas.

Los materiales y recubrimientos de las pinzas, como el acero inoxidable, el niquelado y el anodizado de capa dura también pueden evitar que las superficies se corroan o que los residuos se adhieran, lo que eventualmente puede causar atascamiento. En aplicaciones de cuartos limpios o de procesamiento de alimentos, esto puede evitar la oxidación o la acumulación de bacterias que pueden liberarse en el entorno de trabajo.

Las grasas disponibles pueden ser de alta temperatura, grado alimenticio o resistentes al agua, por ejemplo, para manejar mejor los requerimientos del ambiente o mantenimiento de lavado. También hay disponibles sellos neumáticos que han sido diseñados para soportar temperaturas extremas o arenilla y desechos. El buna-N (nitrilo) normalmente se considera estándar, con viton y silicona seleccionados para temperaturas más altas. En ciertos modelos pueden estar disponibles, incluso, sellos metálicos para soportar el calor extremo y/o la contaminación.

Diseño de pinzas y compatibilidad con el ambiente

El diseño básico y la construcción de las pinzas también pueden afectar el desempeño en cualquier ambiente operativo. Una cosa a tener en cuenta en este punto es que una pinza consta de tres partes básicas: cuerpo (incluidos los medios de transmisión de potencia), mordazas y dedos. Generalmente, el fabricante de la pinza solo diseña y construye el cuerpo y las mordazas de la pinza, conocidas como el “modo de actuación”, mientras que el fabricante de la máquina o el usuario final suministran los dedos personalizados para sujetar o encapsular la pieza dada.

Al seleccionar una pinza, las consideraciones para cualquier aplicación deben incluir la longitud adecuada de los dedos, la fuerza de agarre, la carrera, el tiempo de actuación, la precisión, etc. El fabricante normalmente publica estas especificaciones para cualquier modelo de pinza determinado y debe seguirse.

Una vez más, los ambientes operativos específicos desempeñarán un papel importante en la determinación del tipo de diseño de pinza que debe considerarse. El mecanismo de soporte de mordaza (tipo de cojinete) puede tener un impacto en la función. El diseño interno (medios de transmisión de potencia del pistón a la mordaza) también puede tener un impacto. En pocas palabras, varias pinzas pueden ser del mismo tamaño y realizar la misma función, pero pueden tener diseños completamente diferentes, siendo unas mejores que otras en diferentes ambientes operativos. 

Los mecanismos comunes de soporte de la mordaza incluyen:

  • Rodamientos lisos (contacto con la superficie): estos incluyen rodamientos planos de superficie a superficie y rodamientos cilíndricos (tipo buje). Estos rodamientos son buenos para soportar cargas de impacto y proporcionan un excelente soporte de mordaza. No requieren ajustes a lo largo del tiempo y pueden mantener un alto grado de precisión cuando se mecanizan a tolerancias ajustadas.
  • Rodamientos de rodillos (contacto de línea): estos rodamientos de baja fricción incluyen rodamientos de rodillos cruzados y rodamientos Dual V. Pueden precargarse para lograr una alta precisión y ajustarse con el tiempo para mantener un juego lateral cercano a cero a lo largo de la vida útil de la pinza. Este diseño de baja fricción puede permitir una fácil “indicación” de la fuerza de agarre al ajustar la presión del aire.
  • Rodamientos de bolas (contacto de punto): muy baja fricción, lo que los hace buenos para aplicaciones de precisión y que operan a presiones de línea muy bajas donde un movimiento uniforme suave es crítico.

También se debe contemplar el modo de transmisión de potencia, o el diseño general del mecanismo de agarre. Algunos ejemplos son:

  • Cuña de doble cara: la cuña proporciona una gran área de superficie para transmitir potencia a las mordazas con la potencia dividida por igual entre ellas. Por lo general, cuentan con un diseño de un solo pistón que presenta una alta relación entre fuerza de agarre y tamaño. Como beneficio adicional, el movimiento de la mordaza está inherentemente sincronizado sin requerir un mecanismo adicional. La cuña de doble cara es muy robusta y puede soportar cargas de impacto más altas impartidas en el mecanismo.
  • Acople directo: se utiliza un pasador o varilla para acoplar directamente el pistón a la mordaza. Estos son normalmente diseños de doble pistón y requieren un enlace de sincronización de mordaza. El diseño es simple, rentable y fácil de blindar.
  • Accionamiento por leva: transmisión de potencia directa y sincronizada y contacto de línea para enviar potencia a las mordazas. Este tiene un punto de pivote por mordaza con un número mínimo de piezas móviles. La leva es capaz de generar una ventaja mecánica, lo que resulta en una pinza con una alta fuerza de agarre en un paquete relativamente pequeño. Es comúnmente utilizado en pinzas con movimientos de mordaza angular.
  • Accionamiento por piñón y cremallera: diseñado para ambientes limpios y de alta precisión. El acople sincronizado transmite la fuerza del pistón a través de una cremallera, y prácticamente no hay desgaste en las piezas del accionamiento.

También hay numerosos diseños de dedos y métodos de agarre para considerar:

  • Fricción: este es el método de agarre más común, con superficies de contacto que se cierran y se detienen en la pieza, creando una fuerza de fricción para sujetar la pieza de trabajo. Si se pierde la presión del aire, la parte caerá. Los dedos de fricción deben evitarse, si es posible, al manipular piezas aceitosas o grasosas.

    Generalmente se requieren mayores fuerzas de agarre (es decir, una pinza más grande) cuando se usa este método, y se debe prestar especial atención a la superficie de agarre de los dedos. Se pueden agregar empuñaduras de carburo en la cara del dedo para mejorar la capacidad global de agarre, aunque esto puede dañar las superficies frágiles. Para piezas frágiles, se pueden colocar almohadillas de uretano en el dedo, lo que aumentará la fricción de agarre sin dañar la pieza.

  • Acunado: los dedos tienen un perfil de la parte, por ejemplo: redondo a redondo. El dedo se cierra y se detiene en la parte con la fuerza y ​​la forma del dedo generando la fuerza de agarre. Si se pierde la presión de aire, es posible que los dedos se puedan “abrir”, debido a la gravedad, y que la parte pueda caer.
  • Encapsulado: Generalmente se considera el método más seguro de agarre. Los dedos tienen un perfil de la parte, por ejemplo: rectángulo a rectángulo. En este método, los dedos se cierran y se detienen en la parte o incluso solo cerca de ella, y dependen de la encapsulación para mantener la parte en posición. Normalmente se considera que este es el diseño más seguro, ya que, si se pierde presión, la parte no caerá a menos que actúe una fuerza externa.

Al considerar el diseño de los dedos, la seguridad siempre debe ser prioridad. En el caso de un fallo de alimentación (pérdida de presión de aire), existen otros medios para evitar que una pieza se suelte accidentalmente de la pinza y ocasione lesiones corporales o daños en la pieza o la máquina.

Un resorte interno puede ser una opción para desviar el pistón y mantener la posición del dedo/mordaza en o alrededor de la pieza, pero se debe tener cuidado para garantizar que la fuerza del resorte sea adecuada. Se pueden agregar válvulas externas falla-segura a los puertos para retener el aire de la pinza en la posición abierta o cerrada. Algunos estilos de pinzas permiten bloqueos de varillas que se sujetan automáticamente a las varillas de guía de las mordazas cuando se pierde la presión del aire.

Conclusión

Los diseñadores e ingenieros que no prestan la debida atención a la selección de pinzas pueden necesitar que se les diga que “tomen el control” al considerar sus opciones. Esta demanda puede surgir cuando se compromete el desempeño de un sistema automatizado porque no se eligieron las pinzas adecuadas y se produce una operación insatisfactoria.

El desempeño de cualquier sistema de manufactura automatizado es tan sólido y confiable como el rendimiento de su eslabón más débil. Para asegurarse de que el eslabón débil no sea la pinza, se debe prestar una atención estricta al ambiente operativo y selecciona la pinza adecuada en función del diseño de la misma y la variedad de opciones disponibles, incluidas las posibles soluciones personalizadas que el fabricante esté dispuesto a ofrecer. Solo cuando estas áreas estén optimizadas, el operador realmente sabrá que se ha seleccionado la mejor pinza para la aplicación.

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