Sistemas de amarre neumático en mecanizado

Cuando hablamos de sistemas de amarre neumático, estamos hablando de amarres con una evolución añadida. Sus soluciones de amarre con la presión neumática, nos proporcionan grandes características, que los diferencian de los sistemas de amarre mecánico. La presión juega un papel fundamental en el amarre, se abre un abanico de posibilidades infinitas.

La presión de amarre tanto para centrar piezas, cómo para amarrar piezas en diferentes utillajes, nos proporcionan un control del proceso. Los sistemas de amarre neumático, los utilizaremos en aquellos fines, dónde el material de la pieza es más maleable o frágil. También, lo utilizaremos en materiales que no son ferrosos y podemos amarrar por más puntos de apoyo.  

Con estos sistemas de amarre, en algunos casos requieren de un equipo auxiliar. Cómo motobombas, reductores y automatismos, para así obtener un circuito cerrado auxiliar independiente del mecanizado. En algunos casos, estos circuitos pueden modificarse desde la maquina CNC con un sistema paramétrico o desde una fuente de alimentación externa.

Factores a la hora de elegir un sistema de amarre de piezas

Pieza en serie, o pieza unitaria

Este, podría ser el punto de partida inicial, a la hora de elegir un sistema de amarre de piezas.

Precisión

La precisión sabemos que es importante, si tenemos que seleccionar un sistema de amarre de piezas para piezas en serie, debemos de buscar un sistema que nos de precisión y nos garantice repetibilidad en el proceso.

Precio

El precio va ligado con la precisión por norma general, mayor precio mayor precisión.

Material de la pieza

Un apartado realmente importante, ya que de ello dependerá el sistema que utilicemos. Materiales como el teflón o el cobre son materiales muy maleables. Debemos de tener precaución con la presión que ejercemos con los sistemas de amarre de piezas con estos materiales.

Geometría de la pieza

Este es otro apartado realmente importante. En función de la geometría de la pieza seleccionaremos un sistema de amarre de piezas u otro.

Máquina dónde apliquemos el sistema de amarre 

Obviamente no va a ser lo mismo una solución para un centro de mecanizado que para un centro de torneado, o para cualquier otra aplicación.

Sistema modular

Otro factor importante es si buscamos un sistema modular o un sistema simple. Con los sistemas modulares tenemos un mayor abanico de soluciones y opciones en diferentes sistemas de amarre de piezas. Buscando la unificación con un sistema modular, nos ayudará mucho en el amarre de piezas cuándo varié la geometría de las piezas a mecanizar.

Fuerza de amarre

La fuerza de amarre es otro factor muy importante, dependerá del material que queramos amarrar y el sistema de fijación que utilicemos. Los fabricantes lo indican en sus catálogos cómo, fuerza de fijación y su medida es en kN (Kilo newtons) 1kN equivale a 101.907 kilos de fuerza.

Rapidez

Los sistemas de amarre rápido son otro factor muy importante, se suelen utilizar sistemas de llave rápida neumática o hidráulica si necesitamos una mayor fuerza. Estos sistemas están enfocados a piezas en serie.

Cómo veis, los factores a la hora de elegir un sistema de amarre de piezas, son muy similares a los factores del planteamiento de piezas.

Tipos de sistemas de sujeción neumática

1. Sistema de sujeción de pasadores.
2. Abrazaderas.
3. Sistemas de punto cero.
4. Platos de garras.
5. Mordaza neumática.
6. Placas de sujeción por vacío.

Sistema de sujeción de pasadores Matrix

Vamos hablar primero de uno de los sistemas de amarre neumático más interesantes para piezas de tamaño pequeño. El sistema de sujeción de pasadores, un sistema de amarre neumático dónde los pasadores de la mordaza se adaptan a la geometría de la pieza. El fabricante Matrix, además de fabricar mordazas y sistemas de amarres de pasadores, fabrica sistemas de apoyo por pasadores.

Esas piezas de automoción, en ocasiones presentan una geometría compleja. Con Matrix no tendrás esos problemas, sus soluciones son infinitas, con piezas con geometrías variadas. La forma de la pieza queda copiada en los pasadores, de esta forma siempre que vayamos a centrar la pieza la tendremos en el mismo punto, ya que la tendremos acotada por los pasadores. Este sistema de amarre neumático, también lo tenemos disponible para apoyo de piezas. Piezas que, por su geometría, se hace difícil medirlas en una máquina tridimensional. Matrix puede ser de gran ayuda.

El fabricante alemán Matrix, fabrica unas mordazas y abrazaderas de pasadores neumáticos muy interesantes, dónde la mordaza y abrazaderas se adaptan a la geometría de la pieza. Este sistema, además de adaptarse a la mordaza, con el sistema neumático podemos controlar la presión ejercida en la pieza sin deformarla. En el siguiente video, podemos ver de forma asombrosa, cómo podemos amarrar una bombilla sin romperla. Un claro ejemplo del control de amarre.

A continuación, vamos a ver cuáles son las características de este sistema de amarre neumático.

Características de los sistemas de amarre Matrix

1. El principio fundamental es evitar picos de fuerza de sujeción locales que podrían dañar la geometría de la pieza de trabajo. Especialmente, el uso en sistemas o líneas de producción complejas requiere intervalos cortos y seguros para poder mecanizar piezas de forma económica. 

2. También incluye métodos de medición y aseguramiento de la calidad, por ejemplo, en una máquina de medición de coordenadas 3D, es decir, no solo procesamiento mecánico puro.

3. MATRIX ha desarrollado una técnica de dispositivos de sujeción que permite redefinir toda la secuencia de sujeción. 

4. Un sistema de sujeción modular utiliza una gran cantidad de pasadores dispuestos en una rejilla para reproducir el contorno individual de la superficie de sujeción en la pieza de trabajo. Una vez que se ha moldeado el contorno de la pieza de trabajo, los pasadores se bloquean en su movimiento. La pieza de trabajo permanece fija en la posición de sujeción. 

5. El principio es una combinación de sujeción por fuerza y ​​ajuste de forma. Esto permite que el sistema de sujeción se adapte a cualquier geometría de pieza. Las piezas de geometría libre se pueden sujetar sin esfuerzo, sin ninguna presión dañina entre el elemento de sujeción y la pieza de trabajo.

6. Mediante la secuencia de inserción de piezas, mordazas de moldeo, pistones de fijación y sujeción automática. El gran número de puntos de sujeción definidos evita daños en las piezas de trabajo. Los cilindros se mueven y se controlan de forma neumática o hidráulicamente. Asimismo, la gran cantidad de pasadores en contacto con el contorno reduce las posibles vibraciones durante el procesamiento mecánico. El resultado positivo es una mejora en la vida útil de la herramienta.

7. Estos aspectos positivos son comprensibles desde el punto de vista económico cuando se utilizan en la industria de la ingeniería mecánica y eléctrica de precisión. La industria sanitaria también considera los procesos de producción económicos en el campo de la conformación del corte de metales, como el mecanizado, el fresado y la posterior medición digital. Los sistemas de sujeción MATRIX se pueden integrar fácilmente en línea en procesos de montaje en serie parcial o totalmente automatizados.

8. La inmensa gama de aplicaciones fascina a los ingenieros y técnicos de producción en la fabricación automotriz y aeroespacial, así como a los usuarios en la investigación. En el sector del automóvil, la implementación rápida racional y orientada a objetivos de la creación rápida de prototipos de nuevos tipos de piezas de vehículos es una prioridad antes de la producción en serie. Con el sistema de sujeción adaptativo de MATRIX, los ingenieros y diseñadores tienen la posibilidad de fijar y mecanizar prototipos complejos y sensibles de aluminio o acero inoxidable. Para posicionar con precisión los componentes, incluso de las dimensiones más pequeñas, se pueden instalar pasadores de indexación ajustables adicionales en el campo de los pasadores.

9. Para la industria aeroespacial, el dispositivo de sujeción puede proporcionar una sujeción segura a los niveles de alta precisión requeridos durante la producción de piezas de turbina y álabes de turbina.

10. También es probable que la tecnología médica sea de interés para el ensamblaje de piezas de producción sensibles y de alta calidad. Por ejemplo, los pasadores de molde o los nidos de molde MATRIX especiales primero sostienen la impresión de una obra maestra y luego aseguran la pieza de trabajo durante el ciclo de producción. Si un cambio para un nuevo diseño requiere una cavidad de molde de forma diferente, los campos de pasadores se devuelven a su posición original aflojando el tornillo de fijación. La nueva fijación es tan segura como la anterior y soporta procesos o mediciones posteriores.

Video de línea robotizada con sistemas de amarre Matrix

Ventajas de los sistemas de amarre Matrix

1. Sistema de amarre rápido con cualquier tipo de geometría. 

2. Gracias al ajuste de forma precisa, incluso las superficies sensibles se pueden fijar con una fuerza de sujeción mínima.

3. Puede adaptarse inmediatamente a una variedad de formas casi sin tiempos de preparación.

4. Con los sistemas de amarre Matrix, no es necesario almacenar varios sistemas de accesorios

5. Hasta un 80% más barato que con la construcción de utillajes específicos.

Video de varios mecanizados de fundición, utilizando mordazas de pasadores del fabricante Matrix.

Abrazaderas neumáticas

Las abrazaderas neumáticas, se utilizan en diferentes utillajes o líneas de producción por mecanizado. Su aplicación, está enfocada a todo tipo de sectores. Con las abrazaderas neumáticas, obtenemos un amarre y posicionamiento de piezas de forma rápida. En caso de trabajar con materiales blandos, podemos modificar la presión neumática ya que es una de sus principales ventajas.

Estas abrazaderas, se pueden colocar en diferentes tipos de utillajes como los tombstone que vimos en la anterior entrada de sistemas de amarre mecánico en mecanizado.

Video de unas abrazaderas neumáticas de bloqueo de eje del fabricante Imao

Video de aplicación de un sistema de amarre neumático, utilizando abrazaderas neumáticas, con pistones de doble efecto del fabricante Roemheld.

Cómo veis, las aplicaciones con abrazaderas son infinitas. Un amarre rápido y preciso.

Sistemas de punto cero

Los sistemas de punto cero, son una auténtica revolución, en los sistemas de amarre de piezas en mecanizado. Los sistemas de punto cero van más allá de amarre sobre piezas, existen fabricantes que disponen de sistema de punto cero para insertar un plato divisor o cuarto eje en fresadoras CNC. El fabricante AMF, dispone de diferentes sistemas de punto cero. En el siguiente video vamos a ver en qué consisten estos sistemas de amarre, ya que están disponibles con sistema neumático e hidráulico.

Características del sistema de punto cero 

1. Aumento del tiempo productivo de las máquinas.
2. Hasta un 90% menos de tiempo de preparación del amarre en máquina.
3. Interfaz unificada para todas las máquinas.
4. Alta precisión de reproducibilidad < 5µm.
5. Posicionamiento y sujeción en una única operación de trabajo.
6. Elevadas fuerzas de retención hasta 105 kN, elevadas fuerzas de introducción y cierre: hasta 40 kN.
7. Fabricado en acero inoxidable.
8. Unión positiva.
9. Gran dispositivo de amarre.
10. Con estos dispositivos, podemos acoplar cualquier otro tipo de amarre a la máquina, mesas de vacío, mesas magnéticas, pinzas hidráulicas, pinzas neumáticas, etc.

 

Video de las aplicaciones modulares Zero-Point-Systems del fabricante AMF

Cómo podemos ver las ventajas son numerosas con estos sistemas de amarre neumático e hidráulico. Personalmente la única desventaja que podemos ver a este sistema, es que previamente debemos de acondicionar la pieza para incorporar los capuchones del sistema punto cero, la perdida de material y el tiempo que ello conlleva. Los sistemas de punto cero, también están enfocadas a realizar piezas en serie. Con este sistema, podemos crear una línea de mecanizado automatizada, con la ayuda de un cobot o con un intercambiador de pallets, en un centro de mecanizado y en un centro de mecanizado multitarea. 

Algunos de estos sistemas de punto cero, según fabricante, pueden incorporar sistemas antivibración para dar apoyo en el mecanizado, en piezas elevadas o con poca estabilidad.

Platos de garras neumático

Aplicación de sistemas de plato de garras neumático, para obtener un proceso en serie 100% automatizado del fabricante AMF

Con los platos de garras con sistema de amarre neumático, podemos mecanizar las garras con la forma de la pieza deseada. De esta manera, podemos obtener un proceso automatizado cómo en el video superior. Sabemos que cuánto más tiempo este la máquina en funcionamiento, mucho mejor, y si además no es necesaria la presencia del operario, mejor aún. La productividad es importante, ya no es solo valido el mejorar en herramientas con altas velocidades de corte. Cuando buscamos una producción superior, tenemos que pensar en unos sistemas de amarre neumático o hidráulico, según la pieza que se nos presente. Siempre enfocado al mecanizado en serie.

Por otro lado, cuando hablamos de sistemas de amarre neumático en tornos o en amarre de piezas cilíndricas. Tenemos que hablar del fabricante SMW Autoblok, dispone de un amplio catálogo de sistemas de amarre.

Los platos de garras, tenemos que hablar de tres tipos distintos básicos: estáticos, no estáticos y de cambio rápido. Los platos estáticos están pensados para trabajar en máquinas que no tienen que ver con el torno. Pueden usarse en fresadora, taladradora o roscadora entre otros. Los sistemas de amarre neumático son sistemas de centrado y amarre de piezas, estos se abren y se cierran con el paso de la presión neumática. A continuación, vamos a ver algunos de los modelos que comercializa.

Base múltiple autocentrante M2-PB

 

 

Características M2-PB

1. Base múltiple autocentrante para fresadoras o centros de mecanizado M2-PB: Base de amarre múltiple con 2 platos tipo PB-D, PB-C o PB-M.
2. Bases estáticas múltiples neumáticas Ø 130 – 315 mm.
3. El modelo base necesita de un circuito independiente para cada plato. 1ª opción: unidad de seguridad SAB con válvula antirretorno para cada plato. 2ª opción: unidad con una válvula de seguridad para todos los platos con racor rápido para la presurización de los platos después del almacenaje de los pallets. 3ª opción: unidad de accionamiento mecánica con muelle (para amarre externo o interno), para mantener las piezas durante la manipulación de los pallets.
4. Opción para las unidades M2-PB: Válvula antirretorno de seguridad para mantener la presión en el interior del cilindro, la cual conserva la fuerza de amarre uniforme, aún en el caso de bajada o pérdida de presión de alimentación.

Plato autocentrante de 3 garras para torno SP + SP-ES + SP-L

 

Características de SP + SP-ES + SP-L

1. Platos autocentrantes automáticos con cilindro neumático incorporado.
2. Montaje del anillo distribuidor fijo sobre el cabezal de la máquina o mediante un anillo de centraje, directamente sobre el cuerpo del plato con un tope anti giro.
3. Transmisión de la fuerza de amarre mediante planos inclinados.
4. Apertura y cierre solamente con plato parado. Transmisión del aire efectuada mediante juntas de perfil especial tipo SMW (gestionada por la unidad de control SMW).
5. Facilidad de montaje sobre cualquier máquina sin necesidad de adaptadores especiales

Aplicaciones de SP + SP-ES + SP-L

1. Empleo universal para aplicaciones de torneado, soldadura, manipulación etc.
2. Para máquinas no dotadas de cilindro ni centralita hidráulica.
3. Sustitución muy simple de un plato manual.

Plato de 3 garras de cambio rápido KNCS-N

Características de KNCS-N

1. Alta repetibilidad con cambio de garras, menor a 0,02 mm.
2. Tiempos mínimos de preparación.
3. Accionamiento por cremallera, obteniendo pérdida mínima en fuerza de amarre, incluso a alta velocidad debido al apoyo tangencial de las cremalleras. 
4. Aumento mínimo de fuerza de amarre (histéresis) tras parada rápida del husillo.
5. Altísima precisión de repetibilidad y concentricidad.
6. Adecuados para amarre variable de doble presión.
7. Cementado y templado: La superficie de las piezas está cementada y templada (60 HRC) a profundidad de aprox. 1 mm (0.04”). El núcleo muestra una alta resistencia a la tracción y gran rigidez. La resistencia contra desgaste y la rigidez aumentan en gran medida comparándolo con piezas nitruradas y templadas por inducción.
8. Amarre variable: Para elementos de fácil deformación. Alta fuerza de amarre para el desbastado que se reducirá a mínima fuerza de amarre para el acabado, sin tener que soltar la pieza del plato.
9. Bloqueo seguridad garras: En platos de cambio rápido de garras, la transmisión de la fuerza de amarre a las garras intercambiables se efectúa con un dentado. Con los diseños de los platos actuales, si la garra no es insertada correctamente por parte del operario podría causar daños tanto personales como materiales; ej. dentado no engranado completamente.

video del plato de garras KNCS-N del fabricante SMW Autoblok

Mordaza neumática

La mordaza neumática, es otro sistema de amarre neumático muy utilizado, aunque algunas de estas mordazas, pueden disponer de sistemas hidráulicos, con mayor presión de amarre. Los BLOCK-SC del fabricante Fresmak, fabrican mordazas con sistema neumático o hidráulico según se desee. Los BLOCK-SC son unas mordazas autocentrantes de cambio rápido, con una gran precisión de amarre. En el siguiente video vamos a ver cómo funciona este sistema de amarre.

Características Block-SC

1. Consiguen una fuerza de amarre comprendida entre 8kN y 20kN con una presión de alimentación de 6 bares.
2. Recorridos por boca de 6 y 8 mm.
3. Accionamiento de doble efecto.
4. Repetitividad en el amarre de 0.020 mm.
5. Guías largas.
6. Todos los componentes básicos están templados.
7. Las superficies básicas están rectificadas.
8. Totalmente compactos protegidos totalmente contra la entrada de virutas.
9. Sistema de engrase total. Canales de lubrificación en los carros y en el cuerpo.
10. La alimentación del aire de trabajo y la del engrase pueden realizarse por los laterales del cuerpo o por la base del mismo.
11. Alimentación neumática hasta 9 bares.

Placa de sujeción por vacío

La placa de sujeción por vacío es un sistema de amarre neumático, que básicamente lo que hace es, aspirar la pieza por un gran número de ventosas neumáticas contra la placa. Es necesario, la ayuda de una junta de goma, para que haga mejor el vacío, sin que haya fugas entre la pieza y la placa de sujeción. La placa de sujeción por vacío tiene muchas ventajas ya que se puede utilizar para todos aquellos materiales que no sean ferrosos, cómo madera, plásticos, aluminios, etc. A continuación, vamos a ver más información sobre este sistema de amarre neumático.

• ¿Qué es el vacío?
  El vacío es el estado en un espacio, que está libre de materia. En la práctica, ya se habla de vacío si la presión del aire en un espacio se encuentra por debajo de la de la atmósfera.
• Unidades de medida utilizadas
  Las unidades más habituales son Pascal y bar.
  > 100 Pa = 1 hPa
  > 1 hPa = 1 mbar
  > 1 mbar = 0,001 bar
• Sistemas de sujeción por vacío
  Los sistemas de sujeción por vacío sirven, sobre todo en los sectores madereros, plásticos y de metales no férreos, para el mecanizado rápido y sencillo y son compatibles con máquinas de mecanizado CNC. Aquí se utiliza técnica de vacío junto con sistemas de manipulación especiales para, por ejemplo, fijar una placa de aluminio y mecanizarla por todos los lados. Esto aumenta la productividad y la rentabilidad, ya que gracias a la fijación no se produce ningún desperfecto en la pieza y se ahorra mucho tiempo en la costosa alineación de la pieza. Los nuevos sistemas de sujeción posibilitan la sustitución de piezas adicionales de diferente tamaño y forma en muy poco tiempo, lo que facilita una manipulación sencilla de las piezas con formas de lo más diferente.
• ¿Qué significa sujetar por vacío?
  Al sujetar por vacío, se genera una depresión bajo la pieza a sujetar, es decir, se produce una diferencia de presión, con la que se presiona la pieza contra la placa de sujeción. Con ello
  la pieza se presiona contra la mesa de vacío y no se aspira, como siempre se ha creído popularmente. La fuerza de desplazamiento de la pieza depende de la estructura de la superficie, de la diferencia de presión y de la superficie a la que se le ha aplicado el vacío. Cuanto más grande sea la superficie a la que se le ha aplicado el vacío, mucho más favorable será la fuerza de sujeción.
• ¿Por qué genera el vacío una fuerza de sujeción?
  La atmósfera del entorno genera sobre todas las superficies de un cuerpo una presión homogénea de aprox. 1 bar. Con la ayuda de una tobera de Venturi o de una bomba de vacío externa se aspira entonces parcialmente el aire bajo la pieza a sujetar, de tal modo que la carga de presión sobre esta superficie desaparece en parte. Todavía queda una presión unilateral sobre la superficie superior de la pieza, cuyo tamaño depende de la cantidad del vacío. Generalmente 0,7 – 0,8 bar. Así se genera, por ejemplo, un vacío de 200 mbar (presión absoluta). De ello resulta una diferencia de presión de 800 mbar (aprox. 0,8 kp/cm²), que actúa sobre la pieza, El tamaño de la fuerza de fijación depende ahora sólo de la superficie de fijación.
• Fórmulas de cálculo:
  > Fuerza = Presión x superficie
  > F (N) = bar x A (m²) x 105
  > 1 bar = 10 N / cm²

Acabado de la placa de sujeción por vacío de AMF

1. La placa de vacío tiene en la parte superior ranuras y puntos de aspiración. Al insertar el cordón obturador se pueden fijar una o más casillas para el tamaño de la pieza deseado. Todos los puntos de aspiración están unidos entre sí.
2. Fácil posicionamiento mediante orificios para espigas de ajuste o mediante topes excéntricos laterales y regulables en altura.
3. La placa de sujeción por vacío se puede fijar a una placa base (p.ej. mesa de la máquina) mediante ranuras laterales u orificios de fijación.
4. Las placas de dispositivo se pueden delimitar de forma adicional con bulones de sujeción o pernos de espada. De igual modo, la placa de sujeción por vacío se puede integrar fácilmente en el sistema de fijación en punto cero AMF Zero-Point, mediante los orificios de alojamiento.

Aplicación de la placa de sujeción por vacío de AMF

1. Las piezas que se están mecanizando se fijan mediante la obtención de un vacío gracias a la técnica del tubo de Venturi integrado, o con una bomba de vacío externa.
2. Se pueden fijar y mecanizar simultáneamente diversas piezas mediante una división de casillas individual. Los trabajos de lijado y fresado son aplicaciones típicas.

Ventajas de la placa de sujeción por vacío de AMF

1. La placa de sujeción por vacío AMF puede funcionar tanto con aire comprimido junto con el tubo de Venturi integrado como con una bomba de vacío externa.
2. Ahorro de los gastos gracias al uso del tubo de Venturi.
3. Bajo consumo de aire comprimido y por lo tanto reducidos costes de mantenimiento. Ej.: 1 m³ de aire comprimido cuesta 0,0078 €. Un consumo medio de 40 l/min supone 0,0187 €/h.
4. Diversos puntos de aspiración y por lo tanto posibilidad de una división de casillas y fijación de múltiples piezas.
5. Las placas de vacío se pueden combinar entre sí.
6. Elevadas fuerzas de sujeción.
7. Uso universal.
8. El elevado coeficiente de fricción posibilita una fijación segura de las caras no mecanizadas de la pieza.
9. Gracias a los cordones obturadores se compensan las leves irregularidades en la superficie de la pieza.
10. Mecanizado en 5 caras sin vibraciones ni retrasos.

Video de la placa de sujeción por vacío del fabricante AMF mecanizando una pieza de poliamida negra

Resumen 

Ya veis que los sistemas de amarre neumático son muy interesantes y versátiles. Con estos sistemas de amarre, se pueden ofrecer muchas posibilidades a muchos mecanizados en diferentes materiales y geometrías. Estos sistemas de amarre, están enfocados a piezas de tamaño pequeño y en materiales no ferrosos, que son fácilmente deformables con un sistema de amarre mecánico. 

Al trabajar materiales no pesados no necesitamos una elevada presión de amarre, por eso los sistemas de amarre neumático hacen que sea una opción ideal para diferentes tipos de mecanizados.