Diseño de un sistema automático de corte y distribución de perfiles metálicos

_{“DISEÑO DE UN SISTEMA AUTOMÁTICO DE CORTE}

_{Y DISTRIBUCIÓN DE PERFILES METÁLICOS”}

T E S I S

QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE:

INGENIERO EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN

PRESENTAN:

JORGE ALBERTO GARCÍA CAMPOS

ALEJANDRO JAUREGUI SAAVEDRA

ASESORES:

M. EN C. JOSÉ DARÍO BETANZOS RAMÍREZ

ING. JOSÉ LUIS AGUILAR JUÁREZ

M. EN C. PEDRO FRANCISCO HUERTA GONZÁLEZ

M. EN . PEDRO FRANCISCO HUERTA GONZÁLEZ

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELECTRICA

UNIDAD PROFESIONAL "ADOLFO LÓPEZ MATEOS"

TEMA DE TESIS

QUE PARA OBTENER EL TITULO DE INGENIERO EN CONTROL Y AUTOMATIZACION

POR LA OPCIÓN DE TITULACIÓN TESIS COLECTIVA Y EXAMEN ORAL INDIVIDUAL

DEBERA(N) DESARROLLAR _{C. JORGE ALBERTO GARCÍA CAMPOS}

C.ALEJANDROJAUREGUISAAVEDRA

"DISEÑO DE UN SISTEMA AUTOMÁTICO DE CORTE Y DISTRIBUCIÓN DE PERFILES

METÁLICOS"

DESARROLLAR EL PROTOTIPO DE UN SISTEMA AUTÓNOMO DE CORTE Y DISTRIBUCIÓN DE PERFILES METÁLICOS PARA REDUCIR TIEMPO DE OPERACIÓN, UTILIZANDO LA TECNOLOGÍA DE MICROCONTROLADORES, EN CONJUNTO CON SERVOMECANISMOS ELECTRÓNICOS, Y UNA INTERFAZ

GRÁFICA AMIGABLE AL OPERADOR.

>-

>-

>-

>-

ｾ＠ CONCLUSIONES Y TRABAJOS FUTUROS.

>-

>-

>-

>-'

MÉXICO D. F., A 24 DE ABRIL DE 2013.

ASESORES

D

Ｎｂｌ ｾＡ［

ａｏ ｾｓ

ｖ＠

ｊｾｆａ DEL DEPARTAMENTO ACADÉMICO

RESUMEN

En la presente tesis se trató un problema común en el área de distribución de material en empresas de producción, pudiéndose usar de manera similar en empresas manufactureras. Dicho problema incluye la manera de almacenar ingeniosa y eficientemente la materia prima para su futuro procesamiento, siguiendo un sistema especialmente ideado para dicha tarea e implementando una filosofía de almacenaje adecuada. En segundo lugar se propuso todo un subsistema de posicionamiento y medición, que aunado a la siguiente etapa que es el corte de los perfiles, permite una respuesta rápida a los pedidos que de forma manual serian demasiado tardados en procesar. Para la fase de corte de material se utilizaron sierras controladas mediante sensores las cuales realizan el trabajo de forma precisa y exacta, logrando una mejor calidad en el producto de salida, además de evitar el contacto humano el cual es peligroso en este tipo de maquinaria. Mas tarde se discutió la idea de que tipo de vehículo autónomo y guía son los mas apropiados para implementar, entrando en detalles y comparaciones. Por último se desarrollo una interfaz grafica capaz de monitorear en todo momento el estado del sistema automatizado, con un ligero control sobre el mismo y con un sistema de alarmas muy completo. Principalmente se presentó un prototipo de todo el sistema aunque también se sugirieron elementos y formas de implementarlo en el área industrial, esto permitió desplegar los conocimientos adquiridos en varios niveles, desde utilizar software especializado en diseño de placas, interfaces y mecanismos, hasta su armado funcional a escala, para terminar con una propuesta para un uso real en campo.

ABSTRACT

“

CORTE Y DISTRIBUCIÓN DE

PERFILES METÁLICOS

”

AGRADECIMIENTOS Y DEDICATORIAS

García Campos Jorge Alberto:

Por este logro, por este pequeño pero muy importante paso, el comienzo de una vida. Agradezco

profundamente a mi padre y madre por las noches en vela haciendo tarea y por darme siempre no

menos de lo necesario y no mas de lo justo, gracias por enseñarme como enfrentar los problemas,

pero dejarme aprender a resolverlos, gracias por enseñarme a erguirme ante la adversidad y

alentarme a caminar por la vida. Agradezco también a los profesores que me brindaron su luz

dentro de la escuela y también a aquellos que la vida puso en mi camino, así como aquellos que me

enseñaron que el camino también tiene obstáculos y de ello también debemos aprender. A mis

amigos y mi gran amor por hacer llevadero este camino y brindarme su apoyo incondicional en

especial en las situaciones difíciles así como compartir las alegrías y brindarme la oportunidad de

una vida plena y llena de felicidad y buenos momentos, en especial a mis mejores amigos, mis

hermanos Héctor y Amanda, los amo. “Lo importante de vivir es aprender de los obstáculos y disfrutar del camino que nos conduce a nuestras metas”.

Jáuregui Saavedra Alejandro:

Les dedico esta tesis a todas las personas que me brindaron su constante e incondicional apoyo a

lo largo de mi vida, a mi papá Alejandro quien desde donde se encuentre puede seguir sintiéndose

orgulloso de mi, a mi abuelo Manuel, quien es la persona que sembró en mi la curiosidad y el deseo

par saber que es lo que significa ser un ingeniero, a mi abuelo Miguel quien me apoyo con lo

necesario para comprar mis libros, material escolar y todo lo que mi padre q.e.p.d. no me pudo

llegar a dar, a mis padres Alberto y Alicia, quienes hicieron el sacrificio mas largo y grande

sacándome adelante cuando pocas personas creían en mi, a Atzin, el amor de mi vida que siempre

ah estado junto a mi y me recuerda a diario lo duro que hay que trabajar y esforzarse para lograr

un futuro mejor, por ultimo como una mención especial y la mas importante, a mi mamá, Alicia, tu

eres fuiste y serás la persona que mas ah luchado y se ah sacrificado por mi, me diste la vida y

Capítulo 1

1.1 ANTECEDENTES

En una empresa cuyo giro es la fabricación de equipo para gases medicinales, se

encuentran las siguientes secciones de producción:

 Sección de maquinaria CNC (Torno y centro de maquinado)  Sección de maquinaria convencional (Tornos)

La sección de maquinaria CNC consta de 1 centro de maquinado y 3 tornos. La

sección de maquinaria convencional consta de 1 torno de levas semiautomático, 2

tornos horizontales y 5 tornos revolver. Para procesar la materia prima de esta

empresa se sigue un algoritmo específico que se encarga de la selección del perfil

a cortar, el corte del material y el traslado del mismo, el cual es igual en cualquier

pedido de área hasta el punto de entrega del pedido, en donde se seguirá un

proceso diferente para cada perfil. En la Fig.1.1., se muestra las diferentes

etapas que debe seguir el proceso de almacenamiento corte y traslado de

materiales.

a) Almacenar la materia prima en racks:

La primera parte del proceso consiste en la adquisición del material, lo cual se

realiza por medio de camiones, quienes llevan varias toneladas del material en

tramos de 3 metros, en varias formas y diámetros.

La materia prima es bajada de los camiones de forma manual, y se trasladan

hasta donde se encuentra el rack, en donde se clasifican en los diferentes

estantes del rack de acuerdo a su dimensión y forma. El sector industrial se

dedica en su mayoría a la transformación de material y manufactura de piezas

que posteriormente se emplean en la elaboración de dispositivos de propósito

general o específico. Este proceso de transformación parte de lo general a lo

particular con operaciones tan simples como la limpieza, corte, etc. Es decir la

materia prima es sometida a adaptaciones y adecuaciones previas para los

procesos y operaciones específicas según los requerimientos de la maquinaria u

operaciones posteriores que se vayan a realizar, o procesos a los cuales se les

vaya a someter (ANEXO 1). Las operaciones más comunes a menudo son simples

seccionamientos o divisiones de piezas o tramos grandes que el proveedor envía

de esa manera para su fácil transportación, a una cantidad “n” de piezas más pequeñas que permitan su fácil manipulación o adecuación a la maquinaria con

la que se dispone para la operación. Las diferentes formas que se trabajan en este

tipo de perfiles son cuadrados, cilíndricos y hexagonales. En cuanto al diámetro

del material, estos van desde 0.25 in, hasta 2 in.

1. Llega el camión.

2. Bajan el material a mano.

3. Cargan el rack manualmente.

b) Seleccionar tipo de estilo:

1. Verificar que hay material disponible.

2. Seleccionar la forma deseada.

3. Seleccionar el diámetro deseado.

4. Corroborar la selección.

c) Posicionar la materia prima en el banco de trabajo:

1. Extraer la barra de material por un costado del rack.

2. Montar el material sobre el banco manualmente.

3. Fijar la sierra cinta en posición libre, de forma que no estorbe al paso del

d) Medir la materia prima:

1. De acuerdo a la medida deseada, calcular el número de piezas posibles con

un solo tramo de 3 m.

2. Medir la longitud deseada con un flexometro.

3. Marcar el primer tramo con un trozo de segueta.

4. Recorrer el material hasta alinear la marca con la sierra cinta.

5. Apretar el tornillo de sujeción.

e) Cortar la materia prima:

1. Prender la sierra cinta.

2. Liberar la sierra cinta de la posición libre.

3. Esperar a que la sierra haga contacto con el material.

4. Supervisar que se realice completamente el corte transversal.

5. Apilar los tramos cortados en un lugar seguro.

6. Poner la sierra en posición libre.

7. Repetir los pasos 2-5 del apartado “medir la materia prima”, y los pasos 1-6 de este apartado.

f) Transportar la materia prima al área de pedido:

1. Coger los tramos y llevarlos a pie hasta la zona donde se realizo el pedido.

2. De ser necesario, hacer varios viajes para entregar cada pedido.

En la Fig.1.2., se observa la manera en la que se realizan los cortes de los

perfiles metálicos manualmente.

1.2 DESCRIPCION DEL PROBLEMA

El corte de los perfiles se realiza con una sierra rotatoria alimentada, controlada y

supervisada por un operador, debiendo estar al pendiente en todo momento aun

cuando entre cortes se observa un tiempo muerto de algunos minutos.

Al terminar los cortes, el operador debe transportar los perfiles recortados

cargándolos y con un riesgo continuo hasta el área que los solicito, tarea ardua y

en ocasiones peligrosa, ya que no se cuenta con una ruta fija por donde esta

persona pueda transitar libremente. En la Fig.1.3., se ilustran las diferentes

áreas dentro de la empresa.

La materia prima de estas áreas de producción son los perfiles cuadrados,

hexagonales y cilíndricos; estos perfiles se compran en longitudes de tres metros,

pero esta medida acarrea algunos inconvenientes:

 El transporte dentro de la empresa con la medida de dichos perfiles es

virtualmente imposible.

 Si ambas áreas necesitan de un pequeño tramo del mismo material, se

debería mandar un tramo completo a cada área. Se debe considerar

que ambas áreas podrían quedar alejadas entre ellas en algún

momento, por lo que el operador se vería en la necesidad de recorrer

mayor trecho, y con el tamaño del mismo, esta tarea es muy laboriosa.

1.3 OBJETIVO GENERAL

Desarrollar el prototipo de un sistema autónomo de corte y distribución de

perfiles metálicos para reducir tiempos de operación, utilizando la tecnología de

microcontroladores, en conjunto con servomecanismos electrónicos, y una

interfaz gráfica amigable al operador.

1.4 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

 Diseñar el sistema de almacenamiento de los perfiles para una fácil

extracción y clasificación mediante una selección de material optima

para su utilización posterior, logrando también el posicionamiento de la

materia prima al punto de corte de manera automática.

 Realizar una medición longitudinal precisa del material para su futuro

proceso, el cual incluye el corte automatizado con una sierra.

 Implementar un AGV (Automated Guided Vehicle) que transporte la

materia prima y la entregue al usuario que hizo el pedido previo.

 Supervisar y controlar todo el proceso mediante microcontroladores

PIC´s (Peripheral Interface Controller) y una HMI (Human-Machine

Interface).

 Determinar que componente es el mas importante al implementar el

modelo a escala y opinar sobre el comportamiento del HMI y la

comunicación.

1.5 JUSTIFICACIÓN

En la actualidad, los adelantos tecnológicos en diversas áreas tales como

computación, electrónica y control, permiten desarrollar sistemas de

automatización los cuales deben ser aplicados en procesos de producción ya

obsoletos. Es por ello que en este trabajo, el cual está enfocado a la

automatización, a la mecánica, la electrónica, comunicación industrial, y

programación para PIC´s, se planea lograr una implementación en campo de un

sistema que reduzca el tiempo de operación del ya existente proceso. Esto

mediante un rack, una sierra y un AGV automatizados mediante PIC´s, y

1.6 ESTADO DEL ARTE

1.6.1 Almacenamiento de materiales:

El almacén no solo servirá para almacenar sino también para algunas

operaciones de producción, es un recinto ordenado para cumplir las funciones de

almacenamiento y acondicionamiento que dependen tanto del material a

almacenar como del material con que esté conformada la estantería.

Tabla 1 Características según la materia prima:

Tabla 2 Características según el material de la estructura:

Estanterías para Picking Dinámico:

Este tipo de estantería metálica posee planos de carga con una inclinación

necesaria para lograr una aceleración adecuada en la carga. Los planos de cargas

son perfiles que poseen en su interior pequeñas ruedas plásticas distanciadas

entre sí según la dimensión de bultos con la que opera la estantería. En la

Fig.1.4., se aprecia un rack con planos de carga inclinados.

Se escogió este tipo de estanterías tanto en el prototipo como en la

implementación debido al sistema FIFO que maneja, así como la facilidad con que

es automatizado, además su aplicación es recomendada para todos aquellos

sectores donde se requiera una rápida operación en la manipulación de bultos o

piezas como así también en la requerida línea de montaje o armado de distintas

industrias. [1]

1.6.2 Dispositivos de corte en metales:

El aserrado con sierra cinta implica un movimiento lineal continuo que utiliza

una sierra cinta hecha en forma de banda flexible sin fin, con dientes en uno de

sus bordes.

Tiene un mecanismo de transmisión por poleas para mover y guiar

continuamente la sierra cinta en dirección al corte deseado. Estas sierras se

clasifican en verticales u horizontales. En la Fig.1.5., se observa una sierra de

cinta común de cinta.

Fig. 1.5 Ejemplo de una sierra cinta

Las sierras cinta tipo vertical se usan para realizar cortes en trozos y realizar

otras operaciones como calado y ranurado. El calado implica el corte de una

parte perfilada de material plano. El ranurado es el corte de una ranura delgada

en el material destinado para aserrar.

Las sierras horizontales se utilizan para corte de trabajo pesado, en ellas, la hoja

se mueve en un plano horizontal, perpendicular a la pieza de trabajo.

El corte con sierras circulares se usa frecuentemente para cortar barras largas,

tubos y formas similares a una longitud específica. Las maquinas de sierra

circular tienen husillos motorizados que hacen girar la sierra y un mecanismo de

avance que conduce la sierra giratoria hacia el objetivo a aserrar.

En el prototipo de esta tesis se utilizará un corte con sierra circular, debido a su

bajo costo y a su adaptabilidad fácil y rápida. En la implementación del sistema

se utiliza una sierra cinta horizontal. [2]

1.6.3 Vehículos guiados automáticamente (AGV):

El grado de autonomía de un AGV depende en gran medida de la facilidad del

robot para entender el entorno y convertir la información obtenida en órdenes, de

tal modo que aplicadas sobre los actuadores del sistema de locomoción, de modo

que garantice la realización eficaz de su tarea.

Las dos grandes características de un autómata de este tipo son: Percepción:

determina la relación del robot con su entorno de trabajo mediante el uso de los

sensores a bordo. Razonamiento: determina las acciones que se han de realizar

en cada momento según el estado del robot y su entorno para alcanzar las metas

asignadas.

Conforme a la electrónica y los microprocesadores avanzaron, también lo hicieron

las aplicaciones AGV. Cuando los vehículos se hicieron más inteligentes el

camino se volvió menos sofisticado. [3]

1.6.4 Interfaz hombre/máquina (HMI):

Dentro de las Interfaces Hombre Máquina se distinguen básicamente tres tipos:

 Una interfaz de hardware, a nivel de los dispositivos utilizados para

ingresar, procesar y entregar los datos: teclado, ratón y pantalla

visualizadora.

 Una interfaz de software, destinada a entregar información acerca de los

procesos y herramientas de control, a través de lo que el usuario observa

habitualmente en la pantalla.

 Una interfaz de Software-Hardware, que establece un puente entre la

máquina y las personas, permite a la máquina entender la instrucción y a

el hombre entender el código binario traducido a información legible.

En la Fig.1.7., se ilustra un ejemplo de HMI el cual controla el llenado y vaciado

de 4 tanques.

La plataforma de desarrollo de la HMI tipo software elegida en el prototipo es

Visual Basic 2010, debido a su relativa fluidez en la programación y facilidad de

uso. Para el ámbito industrial se opta por plataformas más especializadas para

sistemas grandes y desarrollados, un ejemplo de éstas es el software InTouch. [4]

Capítulo 2

2.1 SENSORES

Los sistemas de control no tendrían cabida en el ámbito práctico, de no ser por

los sensores y transductores (entradas), que junto con los actuadores (salidas)

conforman las señales que llegan y parten del sistema. Para que un sistema

pueda “sentir” su ambiente, es necesario dotarlo de sensores. Un sensor es un dispositivo capaz de relacionar dos magnitudes físicas o químicas entre sí.

2.1.1 Limit switch:

Dentro de los componentes electrónicos, se encuentra el final de carrera o sensor

de contacto mostrado en la Fig.2.1., también conocido como "interruptor de

límite" o limit switch, son dispositivos eléctricos, neumáticos o mecánicos

situados al final del recorrido de un elemento móvil, como por ejemplo una cinta

transportadora.

Esto tiene el objetivo de enviar señales que puedan modificar el estado de un

circuito. Internamente contienen interruptores normalmente abiertos (NA o NO en

inglés), cerrados (NC) o conmutadores dependiendo de la operación que cumplan

al ser accionados, de ahí la gran variedad de finales de carrera que existen en

mercado.

Generalmente estos sensores están compuestos por dos partes: un cuerpo donde

se encuentran los contactos y una cabeza que detecta el movimiento.

Su uso es muy diverso, empleándose, en general, en todas las máquinas que

tengan un movimiento rectilíneo de ida y vuelta o sigan una trayectoria fija, es

decir, aquellas que realicen una carrera o recorrido fijo, como por ejemplo

ascensores, montacargas, robots, etc.

Los finales de carrera están fabricados en diferentes materiales tales como metal

y plástico, su composición interna se esquematiza en la Fig.2.2.

Fig. 2.2 Partes internas de un “limitswitch”

Entre sus ventajas encontramos la facilidad en la instalación, la robustez del

sistema, es insensible a estados transitorios, trabaja a tensiones altas, debido a

la inexistencia de imanes es inmune a la electricidad estática. Los inconvenientes

de este dispositivo son la velocidad de detección y la posibilidad de rebotes en el

contacto, además depende de la fuerza de actuación. [5]

2.2 MICROCONTROLADORES PIC (PROGRAMMABLE INTERRUPT

CONTROLLER)

A grandes rasgos, un microcontrolador es un dispositivo electrónico (también se

le denomina micro computadora), que engloba en un pequeño encapsulado, una

unidad aritmética lógica (ALU), memoria RAM, memoria ROM, puertos de entrada

y salida, y algunos otros periféricos, que le confieren un poder de procesamiento

Un Controlador de Interrupciones Programable es un dispositivo que es

programado para realizar una tarea, ya sea una sola vez, o un sinfín de

ocasiones, lo que les brinda la capacidad de ser reutilizados cientos de veces. El

lenguaje nativo de estos microcontroladores es el ASM, y en el caso de la familia

“16F” solo posee 35 instrucciones. Pero el ASM es un lenguaje que esta mucho más cerca del hardware que del programador. Han surgido compiladores de

lenguajes de alto nivel. Entre ellos se encuentran varios dialectos BASIC y C. El

BASIC resulta bastante más simple de aprender.

En general, por cada cuatro ciclos de reloj del microcontrolador se ejecuta una

instrucción ASM (una instrucción BASIC consta generalmente de mas de una

instrucción ASM). Un ejemplo físico de PIC es mostrado en la Fig.2.3.

Los pines del PIC se dedican casi en su totalidad a los puertos que

mencionábamos anteriormente. El resto (2 o mas) son los encargados de

proporcionar la alimentación al chip, y a veces, un sistema de RESET.

Desde BASIC es posible saber si un pin esta en “estado alto” (conectado a 5V o a

un “1” lógico) o en “estado bajo” (puesto a 0V o a un “0” lógico”). También se llega a poner un pin de un puerto a “1” o “0”. De esta manera, y mediante un relé, por ejemplo, se enciende o apaga una luz, motor, maquina, etc. También es necesario

un compilador para “traducir” nuestro programa en C al ASM que es capaz de entender el PIC. Después de observar varios softwares, el compilador CCS es una

buena opción mediante el IDE (Integrated Development Environment) MPLab de

Microchip, que resulta un excelente entorno para el desarrollo de proyectos con

microcontroladores PIC que emplea el lenguaje C. [6]

2.3 INTERFAZ HOMBRE MAQUINA

Los PIC requieren interactuar con la gente para realizar actividades como

configuración de programas, configuración de alarmas y control diario, para este

propósito se utilizan las HMI´s. Un ejemplo claro seria el popular sistema de

instrumentación Labview, el cual es una herramienta de análisis, test, control y

diseño de aplicaciones mediante la programación. El lenguaje que utiliza es el G,

el cual produce código con extensión VI (virtual instrument); lo cual indica que es

un programa para manejar instrumentos. Labview y Visual Basic son usados

principalmente por ingenieros y científicos para tareas como adquisición de

datos, control de instrumentos, automatización industrial (PLC y PIC), diseño de

control de prototipos y HIL (hardware in loop). Esta información, ya capturada, es

de aplicación en áreas industriales tal y como son:

 Monitorear procesos químicos, físicos o de transporte en sistemas de

suministro de agua para controlar la generación y distribución de energía

eléctrica de gas o en oleoductos y otros procesos de distribución.  Gestión de la producción (facilita la programación de fabricación)

 Mantenimiento (proporciona magnitudes de interés para evaluar y

determinar los fallos, índices de fiabilidad, entre otros).

 Control de calidad (proporciona de manera automática los datos necesarios

para calcular índices de estabilidad de la producción CP y CPk,

tolerancias, índice de piezas NOK/OK, etc.)

 Administración (actualmente se enlazan estos datos del SCADA con un

servidor ERP (Enterprise Resourse Planning), e integrarse como un modulo

mas).

 Tratamiento histórico de información (mediante su incorporación en bases

de datos).

Atendiendo a como el usuario interactúa con una interfaz, se encuentran con

varios tipos de interfaces de usuario:

 Interfaces alfanuméricas (intérpretes de comandos) que solo presentan

 Interfaces gráficas de usuario (GUI, graphic user interfaces), las que

permiten comunicarse con el ordenador de una forma muy rápida e

intuitiva representando gráficamente los elementos de control y medida.  Interfaces táctiles, que representan gráficamente un "panel de control" en

una pantalla sensible que permite interactuar con el dedo de forma

similar a si se accionara un control físico. [7]

2.4 TIPOS DE ALMACENAMIENTO APLICABLE

El almacenamiento de materiales se da en diferentes formas según las

características del espacio del que se dispone para tal efecto y en sí las

características del material propio, también requiere modificaciones o

adaptaciones especiales para su posterior extracción, dando lugar así a

almacenes o racks automáticos. La distribución de los espacios en general ofrece

dos tipos de almacenamiento: horizontal y vertical.Las ventajas que ofrece el

almacenamiento “picking” o “escoger” es un desplazamiento del material FIFO (first in – first out), o lo que es lo mismo, ¨el primero en entrar, es el primero en salir¨, PEPS. Este método se basa en la hipótesis de que la primera mercancía

que se compra es la primera mercancía que se vende. Esta técnica de almacenaje

es especialmente útil en el desarrollo actual, ya que brinda la posibilidad de ir

formando los perfiles en formato vertical o inclinado, para que al extraer una

unidad, la que viene detrás de ella ocupe su lugar en cuánto la primera salga. Por

otro lado, el almacenamiento cantiléver brinda la flexibilidad de manejar

materiales largos como varillas, ya que en este sistema se tienen brazos en cada

nivel, que soportan al material por entregar desde los extremos, dejando la parte

central libre para la manipulación.

Algunas de las variantes de racks más utilizadas son:

 Selectivos, consisten en simples estanterías de varios niveles

 Móviles, estanterías que se desplazan de manera horizontal para permitir

el acceso.

 Dinámicos, el material se va desplazando hacia enfrente conforme se va

 Cantiléver, se usa este tipo de estantería cuando el material almacenado es

de gran longitud y sección delgada.

Para el caso de estudio de esta tesis las características del material sugieren el

uso de un rack tipo cantiléver aunado a uno dinámico, adaptado y modificado

para realizar lo que se denomina “picking” en el almacenaje, y así poder extraer el material y llevarlo y/o posicionarlo para la siguiente etapa del proceso que es el

corte. [8]

2.5 FORMA DE TRABAJO AL ASERRAR

La sierra de cinta corta como un serrucho, pero con la diferencia de que lo hace

mecánicamente. Un motor mueve el volante inferior, que a su vez, está conectado

con el superior mediante la hoja de cinta sin fin (ANEXO 2).

El arranque de material es producido por los dientes, que caracterizan y

clasifican a las sierras, básicamente hay dos tipos: las de dientes triangulares y

las de dientes triangulares con fondos anchos.

La elección de la forma dependerá de los materiales a trabajar (el tipo de material

y su dureza) y por el sentido de corte (longitudinal o transversal). Para cortes

longitudinales en metales blandos la cinta adecuada es la de dientes proyectados,

el ángulo de ataque de este tipo de diente no ha de ser inferior a 10º ni superior a

30º. Para cortar a través en metal blando y longitudinal y transversalmente en

metal duro es adecuada una cinta con dientes rectos.

Otro factor importante en las sierras es su longitud, el ancho y su grosor y todos

ellos se rigen por los diámetros respectivos de los volantes y la separación de

éstos. Las longitudes están entre 2250 mm y 8500 mm, los anchos entre 6,3 mm

y 63 mm, los espesores no deben ser superiores a 1/1000 del diámetro de los

volantes. Para prevenir accidentes hay de tener en cuenta además:

 La hoja ha de estar cubierta hasta la máxima altura de corte posible.

 La maquina ha de disponer de los elementos protectores y de parada

2.5.1 Consideraciones técnicas de los elementos de la sierra cinta

La Fig.2.4., señala las partes de una sierra cinta instalada en campo.

Fig. 2.4 Partes de una sierra cinta en campo

A continuación se mencionan las partes más importantes de la sierra cinta de la imagen anterior:

1. Canteadora anterior tapando al operario.

2. Motor para subir o bajar el volante superior.

3. Protección superior volante.

4. Caja de rodamientos eje volante superior.

5. Motor superior apriete

6. Torre.

7. Uña superior de apriete de la troza.

La gran variedad de las figuras de los dientes, ver Fig.2.5. y Fig.2.6., será

determinante para que acertemos en la elección del mismo. Las figuras son el

resultado, de muchos estudios y experiencias, que darán la garantía del aserrío.

Cada figura tiene un comportamiento y nunca se debe obviar ello.

Fig. 2.5 Formas de diente de sierra

La profundidad de corte:

Para determinar la profundidad del corte, se debe saber que el aumento de la

profundidad del diente, requiere un mayor espacio o sección de la garganta. O de

otra manera, deberemos reducir la velocidad de alimentación para poder evacuar

la cantidad de desperdicio que vamos a acumular.

FORMA N

Se emplea en hojas de sierra de cinta estrechas, 50 mm las cuales son

normalmente triscadas, es un diente fuerte que es recomendado para metales

extremadamente duros. El radio de la garganta es relativamente pequeño, lo cual

aumenta la susceptibilidad de agrietamientos en las gargantas.

FORMA O

Tiene la base de la garganta plana y el área de la misma es grande. Se

recomienda para maderas de grano grueso y fibroso. La garganta plana del

diente, reduce el riesgo de agrietamiento y es la forma de diente ideal. Para hojas

de hasta 130 mm. Que han de ser triscadas.

FORMA S

La forma S es la usual para hojas de sierra cinta anchas 250 mm. Y más

especialmente aquellas con dientes recalcados. Debido a su lomo convexo, el

FORMA NS

La forma NS, es una combinación de “N” y “S” que lleva incorporada las ventajas,

de una punta de diente de alta capacidad, de recalcado y una gran área de

garganta, reduciendo así el riesgo de grietas en ella, e incrementando la

capacidad de contención de rebabas. La forma “NS“ es recomendable para hojas de ancho de 150 mm a 200 mm es ideal, tanto para el aserrado de metales

blandos como duros.

FORMA SB

La forma “SB“ ha probado ser muy ventajosa, en el aserrado de madera congelada. Posee también un radio de fondo de garganta, más bien grande, lo

cual previene la formación de grietas.

Fig. 2.6 Tipos de diente de sierra y formas

Para metales blandos, las velocidades son más altas y requerirán gargantas más

anchas. Todo lo más rápida que pretendamos que sea la alimentación, mayores

serán las gargantas, para la evacuación de la rebaba que se va a producir, lo cual

es otro de los condicionantes, que obligará, en la determinación de la figura del

2.6 TRASLADO Y MANEJO DE MATERIAL

En la mayoría de los sectores dónde se emplean los sistemas terrestres se cuenta

con un espacio basto o suficiente para el recorrido de los mismos, pero en el caso

de los espacios reducidos, estos sistemas, pese a su beneficio pierden su

viabilidad.

Para este caso se cuenta con varias soluciones mediante el uso de AGV’s, y con

tres vías diferentes para su implementación: subterránea, superficial y aérea.

2.6.1 AGV

Los primeros AGV’s concebidos fueron guiados mediante el campo magnético generado por un conductor enterrado en el suelo alimentado en sus extremos con

corriente alterna, y funcionaban con grandes baterías de corta duración que eran

constantemente recargadas. Por supuesto con el constante avance tecnológico se

ha logrado compactar la construcción tanto mecánica como electrónica del

vehículo e inclusive el sistema de guía completo. Hoy en día existen varios

sistemas de guiado de AGV's de los cuales se podrían destacar lo siguientes:

 Filoguiado

El AGV se desplaza guiándose por un hilo conductor instalado bajo el

suelo. Este método de guiado es muy sencillo aun siendo el de menor

flexibilidad, ya que las rutas de movimiento del AGV se limitan a las rutas

con el hilo instalado. Como se observa en las Fig.2.7. y Fig.2.8.

 Optoguiado

El AGV se desplaza guiándose por una tira de espejo catadióptrico que se

extiende por los recorridos del AGV. El AGV mediante unas fotocélulas

detecta la guía.  Visión artificial

El AGV reconoce mediante visión artificial una tira de espejo

catadióptrico, calculando y corrigiendo en cada instante la desviación

existente entre el AGV y la ruta.

 Guiado laser - LGV (Laser Guided Vehicles)

El AGV consta de una unidad láser giratoria que realiza barridos

identificando en su entorno el mayor número de reflectores posibles para

determinar su posición en el mapa de la instalación que tiene en

memoria. La principal ventaja de este método de guiado es la increíble

sencillez con la que se crea una estación de descarga de pallets o se

Capítulo 3

3.1 DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA AUTOMATIZADO PROPUESTO

Para minimizar los tiempos de operación y asegurar que las actividades de corte y

entrega del material se lleven a cabo de forma adecuada y segura.

Se propone un sistema totalmente automático, capaz de realizar todas las tareas

anteriormente citadas (Fig.3.1.), es decir, que cuente con el almacenamiento de

los diferentes perfiles de tres metros necesarios, la selección y el montaje para los

respectivos cortes, el consecuente apilamiento después de su corte en cualquier

longitud requerida, y que con el auxilio de un vehículo autónomo se haga posible

la entrega hasta el lugar requerido, cuyo medio de transporte sea en una primera

etapa, una red de líneas que posteriormente se podrían remplazar por medios

más fiables como los electromagnéticos e incluso GPS (Global Positioning

System). Todo esto se llevaría a cabo a través de interfaces gráficas montadas en

ambas áreas de producción, con la ayuda de la tecnología de

micro-controladores.

En los diagramas y tablas siguientes (Fig. 3.2. Tabla 4), se aprecian las maneras

funcionales de mantener un control del material a utilizar y su distribución en el

proceso.

Tabla 4 Tags del sistema:

Elemento Dirección Tag

Dispensador Subsistema principal D

Eje X del dispensador Subsistema secundario DX

Eje Y del dispensador Subsistema secundario DY

Motor del eje X Elemento del subsistema DXM

Tornillo sin fin del eje X Elemento del subsistema DXT

Guía del eje X Elemento del subsistema DXG

Motor del eje Y Elemento del subsistema DYM

Tornillo sin fin del eje Y Elemento del subsistema DYT

Guía del eje Y Elemento del subsistema DYG

Distribuidor Subsistema principal I

Estructura del distribuidor Subsistema secundario IE

Ruedas del distribuidor Subsistema secundario IR

Placa del distribuidor Subsistema secundario IP

Sensores y circuito de la placa

Elemento del subsistema IPS

Cortador Subsistema principal C

Medidor del cortador Subsistema secundario CM

Sierra cinta del cortador Subsistema secundario CS

Banco de trabajo del medidor

Elemento del subsistema CMB

Uña de apriete del medidor

Elemento del subsistema CMU

Motor del medidor Elemento del subsistema CMM

Sensor de límite del medidor

Elemento del subsistema CMS

Ejes de la sierra cinta Elemento del subsistema CSE

Volantes de la sierra cinta Elemento del subsistema CSV

Sierra de la sierra cinta Elemento del subsistema CSS

Motores de la sierra cinta Elemento del subsistema CSM

En la Fig.3.3., se muestra las diferentes etapas que debe seguir el proceso de

almacenamiento corte y traslado de materiales propuesto.

A continuación se describe el diagrama de bloques propuesto paso por paso:

a) Controlar y supervisar

1. El sistema de almacenamiento, corte y distribución es supervisado constantemente por medio de la HMI desarrollada en el programa Visual Studio.

2. Cada subsistema es controlado por un PIC especializado encargado de diversas tareas como son control de motores, sensado de seguridad y control del AGV.

b) Almacenar la materia prima en racks

1. Llega el camión.

2. Bajan el material y cargan el rack manualmente.

3. El HMI verifica el estado de los slots del rack.

c) Seleccionar tipo de estilo:

1. Cuando el operador necesita material, lo indica en su terminal que consta

de una pantalla LCD y un teclado, especificando la cantidad, el estilo y la

longitud.

2. El HMI Verifica que hay material disponible en el rack.

3. Seleccionar el material requerido de forma automática.

d) Posicionar la materia prima en el banco de trabajo:

1. El eje z se desplaza hasta el slot del rack donde se encuentra el estilo

seleccionado.

2. El eje x se desplaza hasta la base del dispensador y extrae el material.

3. El eje x regresa a su posición original.

4. El eje z baja hasta depositar el material sobre el banco de trabajo.

e) Medir la materia prima:

1. Por medio de una barra que empuja al material se mide la longitud

deseada previamente y se posiciona en paralelo con la sierra.

2. La uña de apriete fija en su lugar al material.

f) Cortar la materia prima:

1. Al detectar que la materia prima esta fija la sierra avanza para el corte.

2. Cuando esta en posición adecuada comienza a girar avanzando poco a

poco un tiempo programado hasta cortar la sección transversal del

material.

3. La barra que empuja al material lo posiciona para su transporte.

4. Repetir los pasos del apartado “medir lamateria prima”, y los pasos 1-4 de este apartado.

g) Transportar la materia prima al área de pedido:

1. Los tramos cortados caen dentro del contenedor que despacha al AGV.

2. Cuando el pedido esta completo y el AGV en posición, el carro automático

parte a su destino.

h) Entregar la materia prima:

1. El HMI muestra la posición del AGV y el estado de la entrega en el panel

i) Regresar el AGV al punto de inicio:

1. Al llegar al punto de inicio el AGV empuja un interruptor que libera el

material cortado y repite el proceso desde el apartado “transportar la materia prima al área de pedido”.

3.2 ALMACENAJE A IMPLEMENTAR

Es importante hacer mención del método de almacenaje y despacho de material

ya que la problemática que aborda la presente tesis, abarca inclusive desde el

almacenamiento y extracción para comenzar con el proceso de corte y transporte.

Lo que se busca obtener con el presente proyecto es una reducción en el tiempo

de corte, además de una eficiencia de alto nivel en cuanto al transporte del

material ya cortado, tomando en cuenta una optimización del espacio de trabajo.

Es por esta razón que el sistema de almacenamiento necesario no se apegará

fielmente a un tipo específico, en cambio, basados en el funcionamiento de cada

sistema visto en los tipos de almacenamiento, se llegó a la conclusión de que el

sistema que mejor se podría adaptar a nuestras necesidades, es un hibrido del

sistema picking dinámico y cantiléver.

Para el almacenaje se utilizan estanterías o racks en las que se dispone el

material en forma horizontal agrupados de acuerdo a la forma transversal y al

tamaño.

Existen diferentes tipos de racks, de acuerdo a las características del material

que se desea almacenar, y a las necesidades de transporte y también el espacio

del que se dispone para dicho efecto.

3.2.1 Prototipo del rack:

La arquitectura básica del rack en nuestro prototipo es en esencia sencilla,

consiste en una estructura de aluminio 6061 de perfiles perforados dispuestos

verticalmente y unidos mediante secciones para formar una estantería de 3 pisos

rack y se desliza sobre los límites inclinados hasta el otro extremo de operación

por efecto de la gravedad (Fig. 3.5.).

Este sistema permite un buen intercambio de productos no interfiriendo en la

operación de reponer o retirar dicha carga con una gran disminución en el tiempo

de entrega de los productos requeridos.

De esta forma permiten la perfecta rotación del producto, se evita interferencias

en las tareas de reposición y recogida del material y aumenta la rapidez en la

preparación de pedidos.

Fig. 3.4 Rack prototipo

3.2.2 Ejes de elevación:

Los dispositivos de dos grados de libertad nombrados eje X y eje Z, son los

encargados de obtener y posicionar la materia prima escogida del rack y están

montados en el subsistema mostrado en la Fig. 3.6. Las partes y elementos

principales de esta parte del rack los conforman sensores, motores,

transmisiones y carros móviles especificados detalladamente en el listado

subsecuente.

Fig. 3.6 Ejes X, Z del prototipo

1. Sensor de límite del eje Z

2. Carro del eje X

3. Tornillo sin fin, sensor y motor

del eje X

4. Carro del eje Z

5. Eje Z

6. Polea del eje Z

7. Banda del eje Z

8. Conectores

3.2.2.1 Control implementado:

La parte mecánica de un sistema de posicionamiento por motor a pasos está

constituida por una base y una guía por la cual se desplaza una plataforma móvil

(Fig. 3.7.), la cual se mueve gracias a una correa dentada y la polea del motor.

Fig. 3.7 Control de posicionamiento de los ejes

La relación entre giros de motor y desplazamiento de la plataforma depende del

diámetro de la polea del motor. Con una polea de 2 cm de diámetro y usando un

motor de 200 pasos por giro, el desplazamiento de la plataforma será de 6.28 cm

por cada giro del motor. Los sensores ubicados en proximidad de los extremos de

la guía sirven para determinar la posición absoluta de la plataforma y como

dispositivos de seguridad.

La electrónica está constituida por dos módulos: la unidad de potencia del motor

y la unidad de control principal. Esta última recibe los comandos de

posicionamiento desde una PC a través de un puerto serial RS232 o convertidor

Con los motores step, contar los pasos del motor para determinar la posición es

algo relativamente simple porque el mismo microprocesador que genera los

impulsos eléctricos para mover el motor puede al mismo tiempo contarlos. Por lo

tanto el uso de este tipo de motores elimina la exigencia de instalar particulares

dispositivos que miden los giros del motor, conocidos con el nombre de encoder.

Para determinar la posición de la plataforma móvil, generalmente se usa un

método llamado “posicionamiento relativo” que consiste en sumar o restar (según

el sentido de marcha) el número de pasos efectuados por el motor a un contador

o registro de posición. Esta técnica, económica y fácil de implementar necesita un

procedimiento de inicialización del sistema que sirve para determinar la posición

absoluta de la plataforma y que será usada como referencia para todos los

movimientos sucesivos.

 Inicialización con sensor de cero (home) y de tope:

El procedimiento de inicialización consiste en determinar la posición

absoluta de la plataforma (Fig. 3.8.). Para ello se es necesario llevar la

plataforma a una posición conocida donde se encuentra un sensor

llamado “de cero”.

Fig. 3.8 Unidad de control de sensores

Cuando la plataforma llega a dicho punto, el contador de posición se pone

a 0 y se detiene el movimiento. A partir de ese momento el sistema sabe

donde se encuentra la plataforma y por lo tanto para los movimientos

sucesivos se usa la técnica del “posicionamiento relativo” descripta en el

párrafo anterior. El sensor de cero también sirve para evitar que la

Por lo tanto, en el caso que el sensor de cero detecte la plataforma en fase

de un normal movimiento, la unidad de control tendrá que activar el

procedimiento de inicialización. Para el sensor de cero se puede usar una

dispositivo infrarrojo (IR), un sensor electromagnético, capacitivo o un

micro interruptor (micro switch). Este último es menos preciso respecto a

los anteriores, pero debido a su bajo costo y fácil instalación, fue el

elegido para la instalación en el prototipo.

En la figura anterior se puede observar otro sensor, similar al sensor de

cero pero que se encuentra en el otro extremo de la guía. Este sensor,

llamado “de tope” sirve solamente como protección en el caso que el

motor siga girando mas allá del rango previsto.

En condiciones normales de funcionamiento, este sensor nunca se activa

pero en ciertas circunstancias esto puede suceder. El caso más común es

cuando el motor “pierde” pasos, o sea, cuando por diversos motivos

(generalmente mecánicos), el motor no logra girar mientras el sistema de

control piensa que el movimiento está sucediendo. Por lo tanto, el registro

de posición tendrá un valor erróneo respecto a la ubicación real de la

plataforma. Si el error es grande, puede suceder que, en un

posicionamiento sucesivo, la plataforma exceda el rango de movimiento

de la guía activando el sensor de tope.

El sensor de tope, mas allá de proteger el sistema mecánico permite de

advertir al sistema de control que el registro de posición contiene un valor

erróneo. Después de la activación del sensor de tope, el sistema de

control tendría que activar inmediatamente el procedimiento de

inicialización para alinear correctamente el registro de posición del motor.

Como en el caso del sensor de cero, para el sensor de tope se puede usar

un dispositivo infrarrojo (IR) como se observa en la figura anterior, ideada

para su implementación industrial, un sensor electromagnético,

capacitivo o un micro switch, el cual fue elegido para la aplicación en el

(Infra Red) simples (uno a horquilla y el otro de reflexión), ambos

pensados para usarse en la aplicación industrial. La resistencia de 1K

sirve para encender el led emisor. La salida de este tipo de sensor es un

fototransistor. Los sensores funcionan perfectamente y son los

seleccionados para trabajar en la implementación industrial.

Fig. 3.9 Funcionamiento de los sensores

 La unidad de potencia

En la Fig. 3.10., se puede observar una típica unidad de potencia para

motor paso a paso bipolar (ANEXO 8). Este tipo de motor tiene solamente

4 cables de salida conectados a los extremos de las dos bobinas internas

y un quinto cable de masa. Los colores indicados son solamente de

ejemplo porque cambian según el motor.

Fig. 3.10 Unidad de potencia de los motores

Un error en la conexión de los cables del motor no produce ningún daño,

lo único que sucede es que el motor no gira o gira mal. Muchas veces, no

conociendo un motor determinado es necesario probar en distintos modos

hasta encontrar la conexión justa. Los parámetros más importantes son:

la corriente del motor (depende del tipo de motor y de la potencia

que permite de aumentar la resolución del eje. Para controlar una unidad

de potencia sirven 4 líneas de control de las cuales dos son

fundamentales: paso y dirección. Como se observa en la Fig. 3.11., en las

unidades de potencia las líneas del control son generalmente

fotoacopladas para mantenerlas aisladas eléctricamente al resto del

sistema.

Fig. 3.11 Esquema de acoplamiento de unidades

Step: por cada impulso de esta entrada el motor se mueve de un paso o

menos. Esto último es debido a que muchas unidades de potencia

permiten el control del motor en medio paso, un cuarto de paso o

inclusive una fracción de paso. Dirección: según el nivel lógico de esta

entrada el motor girará en un sentido o en el otro.

 La unidad de control

Es la parte más difícil de hacer y adaptar a una aplicación. Es controlada

por un microprocesador (Fig. 3.12.), debe generar las señales de control

para la unidad de potencia, leer el estado de los sensores, calcular la

posición de la plataforma y ejecutar las órdenes.

 Comunicación entre ordenador y unidad de control

Físicamente hablando, el ordenador puede comunicar con la unidad de

control a través de un puerto serial del tipo RS232 o USB. Para ello es

necesario establecer un protocolo de comunicación que sea el mismo en

la unidad de control como en la aplicación (el programa) (ANEXO 10).

Los comandos fundamentales que el protocolo tendría que disponer son:

o _{movimiento: mueve la plataforma hacia la posición pasada como}

parámetro

o _{stop: interrumpe inmediatamente cualquier movimiento del motor}

o _{reset: reseteo completo de la unidad de control}

o _{velocidad: programa la velocidad del motor para todos los}

movimientos sucesivos

o _{inicialización: activa el procedimiento de inicialización}

determinando así la posición absoluta de la plataforma

o _{lectura de status: el ordenador interroga la unidad de control para}

saber en que estado se encuentra. La unidad puede responder

posicionamiento, inicialización, stop, error, etc.

 Eje z:

Formado por una guía desplazada mediante un motor a pasos bipolar (Fig.

3.13.), el cual mueve una correa arriba y abajo y en cuya base se

encuentra un sensor de límite que referencia al eje e indica su correcto

funcionamiento al inicio de las operaciones (Fig. 3.14.).

Con un recorrido total de 30 cm., y el lado opuesto de la polea del motor

tensado mediante una polea dentada, este mecanismo resulta lo

suficientemente grande para desplazar a la bandeja que contiene el eje x a

lo alto de cada slot del rack. La base de éste eje tiene integrado un conector

de 12 patas (Fig. 3.15.), 2 destinadas a alimentar al sensor de límite, 4

para el motor bipolar utilizado en el eje z, y 6 mas que alimentan al motor

Fig. 3.13 Diseño del eje Z en inventor

Fig. 3.14 Dos vistas del motor a pasos y el limit switch del eje Z

 Eje x:

Unido a la correa del eje Z por medio de un carro con forma cilíndrica, lo

conforman dos guías paralelas en las cuales se montó un carro con un

brazo en forma de T con 2 barras paralelas verticalmente en cada extremo

que terminan en forma de V y cuya finalidad es tomar el material del rack

y posicionarlo para su subsecuente medición (Fig. 3.16.). El carro es

desplazado hacia delante y hacia atrás por medio de un tornillo sin fin

controlado por un motor a pasos bipolar (Fig. 3.17.), dicho movimiento es

referenciado con un sensor de límite el cual es un indicador del correcto

funcionamiento del eje X.

Fig. 3.16 Elementos del eje X Fig. 3.17 transmisión del eje X

3.2.3 Rack implementado en la industria:

Los puntos más importantes que competen al almacén son:  Perfil de almacenamiento

 Automatización del almacén  Recepción de pedidos

De manera similar, consiste en una estructura fabricada con ángulos de hierro

perforados dispuestos verticalmente y unidos mediante secciones para formar

una estantería del tamaño necesario para soportar el número de estilos utilizados

en el proceso, en la cual se sujetan bases sobre las que se colocara el material

almacenado (Fig. 3.18.), formadas por plataformas inclinadas de roldanas o

rodillos que garantizan la óptima entrada y salida del material.

La mercancía se introduce por un extremo y se desliza por gravedad, hasta el

lado contrario que da al pasillo de salida.

Un sistema similar de ejes de elevación al aplicado al prototipo debe de

implementarse en la industria, dependiendo del espacio disponible, peso del

material y potencia de los motores a utilizar.

3.3 CORTE DE PERFILES

En el problema estudiado en ésta tesis, se incluye el corte del material (perfiles

metálicos) previo su traslado al área de manufactura, por lo que cabe mencionar

que los perfiles empleados son de forma cuadrada, cilíndrica y hexagonal sólida

en medidas estándar desde media pulgada hasta dos pulgadas.

Existen dos tipos de cortadoras que se adecuan a las características de los

perfiles empleados en la manufactura tratada en esta tesis, las sierras de disco y

las sierras de cinta.

3.3.1 Las cortadoras o sierras de disco:

Consisten en un sistema de palanca, la cual está conformada por dos brazos

unidos por una bisagra en un extremo, en el medio, cuenta con un motor que

hace rotar un disco de material abrasivo o cortante a altas revoluciones y

finalmente en el otro extremo un apoyo mediante el cual se baja el disco para que

se aplique el corte a la pieza.

3.3.1.1 Elementos de la sierra de disco del prototipo

Para efectos de fácil implementación en el prototipo, el dispositivo encargado de

desplazar la sierra de disco, reducir la velocidad y aumentar la fuerza de

movimiento que acerca la sierra a la madera, es controlado por medio de un

motor a pasos bipolar (escogido por su mayor precisión y torque en comparación

a otros motores), el cual esta unido con un tren de 5 engranes y una cremallera

(Fig. 3.19.). El motor que mueve el disco de la sierra es de corriente directa

controlado mediante la operación on/off, ya que lo que se desea no es controlar la

velocidad de corte sino el momento en que el disco empieza a girar. Para

referenciar el dispositivo de corte se utiliza un sensor de límite, el cual cada vez

que el PIC encargado del control de la sierra es energizado, desplaza el disco

hasta la posición inicial (home), para que, al ser reconocido, permita saber que el

sistema esta funcionando adecuadamente.

Será la necesidad del trabajo, lo que nos haga cambiar las características de las

sierras circulares: Diámetro exterior, tipo del diente, cabeza del diente triscado,

dientes cambiables, etc.

En las sierras circulares, debemos distinguir dos partes fundamentales:

 La base o cuerpo

 El dentado

El diámetro de las mismas será variable, basándose en las exigencias de trabajo y

recordando que éste influye en la calidad del corte

El perfil de los dientes más usados es:

 Diente fino

 Diente de lobo

 Diente de pico de loro

El diente fino, es recomendable para materiales blandos y su desgaste es mayor.

El diente con figura de lobo y el de pico de loro son recomendados para

materiales duros, por lo que fue el seleccionado para utilizarse en éste prototipo.

Por todo lo expuesto hasta el momento, es fácil comprender, que debemos

mantener siempre las sierras circulares, en perfectas condiciones de trabajo, una

falta de mantenimiento en las mismas nos crearán problemas en el corte y

calidad del acabado.

Se debe centrar el mantenimiento sobre la base o cuerpo de la sierra; puesto que

los dientes, tienen otro mantenimiento y tratamiento.

Las dos operaciones fundamentales que deberemos realizar sobre las sierras

circulares son: aplanado y tensionado.

El tensionado, nos estirará o alargará los cristales moleculares en ciertas zonas,

de forma que pueda resistir, la fuerza centrífuga, producida por la velocidad de

Este alargamiento de los cristales moleculares lo conseguiremos, martillando la

hoja.

El grado de tensionado, lo podemos cuantificar por la flecha producida, en un

regle que atraviese la circular, podremos medir la flecha entre él regle y la base de

la circular.

3.3.2 Las cortadoras de sierra-cinta:

En este tipo de sierras (Fig. 3.20.), se encuentran instaladas una polea libre y

una sujeta a un motor y sobre ambas se dispone y sujeta una sierra con forma de

cinta que corre en un solo sentido a una velocidad relativamente baja pero

constante (ANEXO 3).

A diferencia de la cortadora de disco, y el motivo por el que se eligió este tipo de

sierra cinta para la implementación industrial tratada en esta tesis, es que ésta

permite el corte de perfiles de mayor calibre (Fig. 3.21.), y sufre menor desgaste

aunque corre el riesgo de averiarse con el cambio constante de calibres ya que

existen diferentes tipos de sierras cinta para diferentes materiales y grosores.

Fig. 3.21Aserrado con alimentación y rampa

A continuación se mencionan los elementos que trabajan en coordinación con una sierra cinta en campo:

1. Instalación de cuatro torres de apriete.

2. Rampa de alimentación horizontal.

3. Rampa de alimentación con inclinación. Para subir directamente sobre el carro

porta-trozas.

4. Uñas de apriete de las trozas.

3.3.3 Elementos de la sierra cinta a utilizar en campo

Cuerpo de máquina:

El cuerpo de máquina, recibe ésta definición, la parte del aserradero que contiene

todo el equipo motor.

En él, se encuentran colocados los volantes, en donde se colocará la sierra de

cinta, para realizar la función de corte.

Las partes fundamentales del cuerpo de máquina son:

 Columna o pedestal:

Cuerpo de fundición que soporta los volantes superior e inferior, sostiene

los ejes de movimiento y mecanismos de transmisión para la realización

del proceso de aserrío.

 Guías:

De subida y bajada del volante superior, sistema de subida del volante

manual o motorizado, mecánico o hidráulico (Fig. 3.22.). Las guías

tienen como misión fundamental, el conducir la sierra de cinta y evitar

desviaciones de la misma durante el periodo en que está trabajando. La

guía debe trabajar siempre lo más próximo del material a aserrarla guía

inferior es fija, teniendo las variaciones de recorrido las superiores. La

misión es estar siempre lo más cerca posible, del material para cortar, lo

que dará una garantía del acabado final y una seguridad para la cinta.

También se trabaja con guías tensoras con recorrido de uno 10 mm.

 Volante inferior:

Sistema de anclaje fijo al pedestal o cuerpo de máquina. Cajas de

rodamientos de sustentación del eje motor con polea.

 Motorización:

Situado el motor principal en el foso de obra, realiza la transmisión

mediante la polea al eje del volante inferior.

 Volante superior:

Anclaje postizo y movible mediante caja de rodamientos. Excéntrica para

la inclinación del volante. Rascadores del volante para limpieza. Sistema

de lubricación o refrigeración. Protectores superiores del volante.

Manivela de regulación de la inclinación del volante. Sistema de tensión

de la sierra de cinta por el sistema de contra-pesas.

 Guías móviles para subir y bajar las protecciones de la sierra de cinta:

Manivela para su accionamiento de subida y bajada de los protectores. Es

esencial, que el cuerpo de maquina o pedestal, para que cumpla la

función fundamental para la que ha sido diseñado. Debe de mantener

desde el principio de su colocación en la obra, las líneas de

perpendicularidad y horizontalidad. Sin ellas será imposible, conseguir

un trabajo perfecto.

El pedestal o cuerpo de máquina, es el primer paso que deberemos dar

para conseguir las líneas de paralelismo requeridas, en el trazado de las

vías de rodadura. Es el pedestal, el que marcará la referencia, para el

inicio del montaje del resto de la instalación.

 Volantes:

Los volantes son los receptores de la sierra de cinta, que realizará el corte

de una forma perfecta si se cumplen todas las condiciones de montaje

que hemos establecido, en los puntos anteriores y si las condiciones de

Los volantes receptores de la sierra de cinta, necesitan para trabajar

correctamente.

Tener una figura que no sea plana, si así fuera, la sierra de cinta, siempre

tratara de salirse del propio volante.

Por ello necesitamos para trabajar con seguridad, establecer una cierta

figura del volante, en caso contrario, no se podría trabajar. Los volantes

tienen dos figuras normalmente.

o _{Figura abombada desde el punto central ó máximo del perfil.}

o _{Figura a 1/3 de la parte más alta del ancho total del volante.}

Los volantes con figura, darán un aserrío más estable, desapareciendo las

tendencias a salirse del perfil del volante la sierra de cinta. Tras el

impacto que sufre cuando empieza a contactar o cortar el metal, su

tendencia en ese momento siempre, es a salirse del perfil del volante,

siendo la figura la que evita que ello se produzca.

 La hoja o sierra de cinta:

Las partes que más van a influir en la sierra de cinta (Fig. 3.23.), son:

o _{El material de composición de la herramienta}

o _{Los espesores de la sierra de cinta.}

o _{La forma del diente}

o _{El paso del diente}

o _{La altura del diente}

 El acero de la sierra:

La elección del material para trabajar, será fundamental para conseguir

que el resultado sea óptimo (ANEXO 5), por ello, deberemos no escatimar

en la elección de las características de la herramienta (ANEXO 7), ya que

su repercusión en los costos generales, no tiene prácticamente incidencia;

pero el resultado y consecuencia de una mala herramienta que

Fig. 3.23 A) Corte transversal metal blando y longitudinal/transversal metal duro. B), C) Corte longitudinal metal blando.

3.4 TRASLADO DE MATERIALES

En la actualidad la demanda de producción y la introducción de los sistemas de

calidad, así como las políticas de productividad, han obligado a los empresarios

no sólo a modificar sus sistemas de producción, sino también a optimizar los

tiempos laborales, por lo que constantemente se requiere de la identificación y,

eliminación o reducción de tiempos muertos y pérdidas de material. Bajo el

enfoque anterior, se busca la reducción del tiempo empleado en tareas repetitivas

y tardadas que se reflejan finalmente en pérdidas importantes.

El aprovechamiento de la fuerza laboral en las tareas que requieran la intuición y

el albedrio humanos, exige la intervención de la automatización en procesos