Asistencia a máquinas con cobots: cómo automatizar tu CNC prensa

Si tus CNC , fresadoras o prensas CNC pasan horas al día esperando a que alguien cargue y descargue piezas, estás pagando a personal cualificado para que abra una puerta, cambie una pieza de trabajo y pulse un botón. La gestión de máquinas mediante cobots es una de las formas más rápidas y de menor riesgo de recuperar ese tiempo, y suele ser lo primero que automatizan los fabricantes. Esta guía explica paso a paso cómo funciona, para que puedas planificar una célula que funcione de forma fiable y se amortice por sí sola.

En Fairino, distribuida en el Benelux por TMC Robotics, consideramos que la alimentación de máquinas ofrece uno de los retornos más rápidos de todas las tareas que pueden realizar los cobots. A continuación se muestra la guía que utilizamos con los clientes, desde la disposición de la célula hasta la interfaz de la puerta y la seguridad.

¿Qué es la asistencia a máquinas mediante cobots?

La alimentación de máquinas consiste en cargar la materia prima en una máquina y descargar la pieza terminada una vez finalizado el ciclo. Un robot colaborativo, o cobot, se encarga de esa tarea repetitiva de recogida y colocación, de modo que el operario pueda manejar varias máquinas, supervisar la calidad o ocuparse de los ajustes, en lugar de permanecer todo el día junto a una sola máquina.

La ventaja son las horas de funcionamiento de las máquinas sin supervisión o con una supervisión mínima. Un cobot no se toma descansos, no pierde la concentración a las 3 de la madrugada y coloca cada pieza en el mandril o en la matriz exactamente de la misma manera. Para un taller con gran variedad de productos y volúmenes bajos o medios, esta es la solución ideal: lo suficientemente flexible como para desplazarse entre máquinas y lo suficientemente económico como para justificar su uso en un único cuello de botella.

Las personas que se dedican a las máquinas suelen actuar así:

• CNC y fresadoras CNC : la aplicación clásica
• Prensas hidráulicas y mecánicas, y prensas plegadoras
• Máquinas de moldeo por inyección
• Estaciones de rectificado, desbarbado e inspección
• Cortadoras láser y máquinas de electroerosión

Paso 1: Diseñar la disposición de las celdas

Una buena gestión de la máquina empieza por la geometría. Antes de elegir un robot, haz un boceto de la ubicación del cobot con respecto a la puerta de la máquina, la entrada y la salida. El cobot debe poder alcanzar el mandril o la matriz, las piezas en bruto entrantes y la salida de las piezas acabadas sin tener que esforzarse al límite de su área de trabajo.

Algunos principios que te ahorrarán dolores de cabeza más adelante:

• Instálalo pensando en el alcance, no en la comodidad. Un pedestal o un riel de séptimo eje permite situar el cobot de forma que tanto la máquina como la zona de almacenamiento de piezas queden dentro de su alcance. Echa un vistazo a nuestros pedestales para cobots, que garantizan un montaje estable.
• Mantenga libre el recorrido de la puerta. El brazo y la pinza no deben tocar la puerta, la protección ni ningún elemento fijo a lo largo de su recorrido.
• Deja espacio para el operario. Todavía hay alguien que se encarga de reponer las piezas en bruto y retirar las piezas terminadas, así que mantén esos espacios libres accesibles desde fuera del área de trabajo.

Paso 2: Resolver la presentación de la pieza

La principal causa de que una célula de manipulación no sea fiable es la presentación irregular de las piezas. Un cobot repite una posición programada con gran precisión, pero solo si la pieza en bruto se encuentra en el mismo lugar en cada ciclo. Si las piezas en bruto llegan en una pila desordenada, el robot no tiene nada estable a lo que agarrarse.

Formas de presentar las piezas de forma fiable:

• Bandejas o soportes fijos. Huecos mecanizados que fijan cada pieza en bruto en una posición determinada. Sencillo, robusto y la opción más popular.
• Transportadores por gravedad o indexados que suministran piezas a un punto de recogida fijo.
• Apilado de bandejas para piezas planas y uniformes.
• Visión artificial cuando las piezas realmente no se pueden sujetar. Una cámara 2D o 3D localiza la pieza y corrige la recogida. Esto supone un aumento del coste y la complejidad, por lo que solo debes utilizarlo cuando sea imprescindible.

En la mayoría de los primeros proyectos, una bandeja con fijaciones bien diseñada supera a la visión en cuanto a coste, tiempo de ciclo y fiabilidad. Si consigues que la presentación de las piezas sea la adecuada, la mitad de tus problemas desaparecerán.

Paso 3: Elige la pinza adecuada

La pinza es la mano del cobot, y la tarea de manejo de máquinas le exige mucho: piezas calientes, aceitosas, pesadas o de formas irregulares, a veces dos a la vez para reducir la duración del ciclo.

• Las pinzas eléctricas o neumáticas de dos dedos permiten manipular la mayoría de las piezas torneadas y fresadas, con anchura y fuerza programables.
• Las pinzas de vacío son adecuadas para piezas planas y lisas, ya sean láminas o piezas moldeadas.
• Pinzas dobles. Dos pinzas en una misma muñeca, a menudo mediante un adaptador de herramienta doble, permiten al robot sujetar una pieza acabada con una mano mientras carga una pieza en bruto con la otra. Esto reduce aproximadamente a la mitad el tiempo de puerta abierta, y es el truco clásico para acortar el tiempo de ciclo en CNC .

Añade el peso de la pinza a tu presupuesto de carga útil a la hora de dimensionar el robot. Si necesitas ayuda para elegir, nuestra guía sobre cómo elegir la pinza adecuada explica las ventajas e inconvenientes, y un cambiador de herramientas permite que un cobot atienda varias máquinas con diferentes herramientas.

Paso 4: Conecta el cobot a la máquina

Para que el funcionamiento sin supervisión sea realmente posible, el cobot y la máquina deben comunicarse entre sí. El robot necesita saber cuándo ha finalizado el ciclo y cuándo se ha abierto la puerta. La máquina necesita saber cuándo está cargada y cuándo es seguro ponerla en marcha. Esa comunicación es el corazón de la célula.

Las interfaces habituales:

• Entradas y salidas digitales. Señales sencillas de 24 V: ciclo completado, puerta abierta, pieza sujeta, inicio de ciclo. Fiables, fáciles de cablear y suficientes para la mayoría de las células.
• Modbus TCP RTU. Una conexión de bus de campo que transmite información más detallada sobre el estado y la selección de programas de piezas entre el controlador del robot y el PLC de la máquina.
• Kits de puertas automáticas y mandriles. Accesorios neumáticos o servoaccionados para que el cobot abra la puerta y sujete la pieza sin intervención humana.

Fairino se suministran con un sistema de control abierto y programación gratuita, sin licencias de software por puesto, por lo que la conexión de E/S y Modbus a tu CNC prensa no conlleva ningún coste oculto. Si vas a integrarlos en una línea de producción más amplia, echa un vistazo a nuestros controladores para cobots y a las opciones de E/S.

Paso 5: Asegúrate de que todo esté en condiciones de seguridad

Un cobot está diseñado para funcionar de forma colaborativa. Eso no significa automáticamente que una célula de trabajo no necesite valla de protección. La seguridad se evalúa en el conjunto de la aplicación, no solo en el robot. El CNC la prensa, las piezas en bruto afiladas, las piezas calientes y el mecanismo de la puerta conllevan sus propios riesgos.

Una evaluación de riesgos adecuada, realizada de acuerdo con las normas ISO 12100, ISO 10218 ISO/TS 15066, te indica cuál de estas medidas necesitas:

• Velocidad y fuerza reducidas en la zona de colaboración, lo que limita la potencia y la fuerza.
• Un escáner láser de seguridad para controlar la velocidad y la distancia, que reduce la velocidad o detiene el robot cuando alguien se acerca.
• Cortinas de luz o protecciones alrededor de los propios puntos peligrosos de la máquina.

La ventaja de un cobot es que muchas células de trabajo funcionan con un sistema de protección mínimo, lo que libera espacio en la planta y permite que un operario trabaje junto a él. Pero que sea la evaluación de riesgos la que decida, y no la etiqueta de «colaborativo» del robot.

Paso 6: Elección del modelo. ¿Qué Fairino elegir?

El manejo de máquinas se reduce a la capacidad de carga y al alcance. Coloca la pieza más pesada en la pinza y, a continuación, elige un modelo con suficiente altura libre.

• Piezas pequeñas y ligeras y una máquina compacta: el FR5, con un peso de 5 kg, es un cobot de asistencia versátil y muy popular.
• Mandriles más pesados, piezas en bruto más grandes o una pinza doble: da el salto a un FR10 de 10 kg, o incluso más, para disponer de mayor alcance y margen de carga útil.

Recuerda: el alcance debe abarcar el mandril, la entrada y la salida desde un único punto de fijación, y la carga útil debe incluir la pinza y cualquier pieza sujetada en una segunda mano. En caso de duda, opta por una medida superior. Un presupuesto de carga útil insuficiente es el clásico error de los primeros proyectos.

Preguntas frecuentes

¿Cuánto tiempo se tarda en poner en marcha una célula de trabajo con cobots?
Una célula sencilla con una sola máquina y presentación de piezas mediante fijación suele programarse y ponerse en marcha en cuestión de días, en lugar de semanas, gracias al guiado manual y a unas entradas y salidas sencillas. Las células con visión artificial o con varias máquinas tardan más tiempo.

¿Tengo que ser programador?
No. El entrenamiento de un cobot se realiza principalmente mediante guía manual y bloques sencillos de «coger y colocar». La lógica básica de E/S se encarga del protocolo de comunicación con la puerta, y la mayoría de los operarios alcanzan la productividad tras una breve formación.

¿Puede un cobot atender a más de una máquina?
Sí. Con un raíl, o mediante una disposición cuidadosa y un cambiador de herramientas, un cobot puede atender a dos o más máquinas. Esa es una buena forma de mejorar la utilización cuando los tiempos de ciclo son largos.

¿Es necesaria una valla de seguridad?
No siempre. Muchas células de trabajo con cobots funcionan con protecciones mínimas, pero es necesario evaluar los riesgos propios de la máquina. La evaluación de riesgos determina si se necesita un escáner láser, cortinas de luz o protecciones.

¿Estás listo para automatizar tu máquina?

La gestión de máquinas con cobots es, por una buena razón, el primer proyecto de automatización por excelencia. Se implementa rápidamente, es fácil de justificar y te permite aprovechar horas de máquina que actualmente estás dejando de lado. Si necesitas ayuda para dimensionar una célula para tu CNC, torno o prensa, solicita un presupuesto y nos encargaremos de especificar el cobot, la pinza y la interfaz. También puedes consultar la Fairino completa Fairino , ver implementaciones reales en nuestros cases de clientes o ponerte en contacto con TMC Robotics.