Opciones para alimentación por tornillo

Los robots colaborativos a menudo usan presentadores de tornillos. Foto cortesía de Visumatic Industrial Products Inc.

Los presentadores de tornillos de sobremesa son populares para muchas aplicaciones de alimentación de tornillos. Foto cortesía de ASG, División de Jergens Inc.

Los alimentadores de tazones vibratorios generalmente se usan para aplicaciones de ensamblaje de alto volumen. Foto cortesía de Performance Feeders Inc.

Los alimentadores escalonados son ideales para sujetadores más grandes y pesados. Foto cortesía de Performance Feeders Inc.

Los alimentadores presentan fijaciones rápida y adecuadamente orientadas a la herramienta de atornillado. Ilustración cortesía de ASG, División de Jergens Inc.

El mayor desafío en el atornillado automático no es la velocidad o la precisión del par: es hacer que el sujetador llegue a la herramienta de manera confiable y con la orientación correcta. Afortunadamente, los ensambladores tienen varias opciones para alimentar tornillos a controladores semiautomáticos o totalmente automáticos, incluidos presentadores de tornillos, alimentadores de tazones y alimentadores escalonados.

La tecnología básica detrás de la alimentación por tornillo no ha cambiado drásticamente en décadas. Sin embargo, en la era post-Covid de hoy, la alimentación con tornillos es más importante que nunca.

"Estamos viendo una continuación de las tendencias que fueron aceleradas por la pandemia, como la eliminación de la necesidad de manipulación del operador", dice Jarrod Neff, gerente de marketing de Visumatic Industrial Products Inc. "Hace dos años, muchos fabricantes recurrieron a la automatización para crear distanciamiento social en sus líneas de montaje.

"Eso obligó a los ingenieros a analizar seriamente la alimentación por tornillo", explica Neff. "La reciente escasez de mano de obra también ha aumentado la demanda".

"La automatización es ideal para tareas de ensamblaje que son sucias, aburridas y peligrosas", agrega Chris Emanuele, ingeniero de ventas técnicas de automatización en ASG, división de Jergens Inc. tareas que agregan valor, en lugar de estar de pie cargando sujetadores.

"Además, ahora vemos una mayor demanda de aplicaciones de producción de bajo volumen y mezcla alta", señala Neff. "Recibimos solicitudes de alimentadores de tornillos flexibles que pueden acomodar tres o cuatro tipos similares de sujetadores para que los fabricantes puedan justificar su inversión en automatización".

Mejorar el rendimiento requiere la alimentación automática del tornillo. Los alimentadores presentan fijaciones rápida y adecuadamente orientadas a la herramienta de atornillado.

Hay varias formas diferentes de colocar tornillos en el controlador. Una solución simple y económica es la bandeja de sacudidas, donde los tornillos fluyen sobre una bandeja de metal perforada que se inclina hacia adelante y hacia atrás.

Otra opción es utilizar un alimentador escalonado. "Sin embargo, tradicionalmente operan con una tasa de producción más lenta", dice Neff. "Los alimentadores escalonados generalmente se usan para alimentar sujetadores más grandes y pesados, como un tornillo M8 o más grande".

Los presentadores de tornillos de sobremesa son populares para muchas aplicaciones de alimentación de tornillos. Una pista vibratoria orienta los tornillos y los lleva al final de una pista donde un operador puede recogerlos con una broca magnética y luego conducirlos.

"Estamos viendo un poco más de demanda de presentadores de tornillo", dice Neff. "Puede tener algo que ver con una mayor actividad de reasignación. Muchos fabricantes necesitan obtener un mayor control del proceso, en lugar de un aumento de la productividad o el rendimiento. Quieren controlar cada sujetador y monitorear el ensamblaje para ayudar a reforzar la calidad.

"El control estadístico del proceso se está convirtiendo en una parte importante de la alimentación por tornillo", afirma Neff. "Los ingenieros quieren más datos para bloquear su proceso y garantizar la calidad de las piezas".

Los presentadores de tornillos son una opción popular para aplicaciones de atornillado que implementan robots colaborativos, como el módulo VCM-3X.2 de Visumatic desarrollado para usar con cobots UR. Incluye un alimentador automático de tornillos, un sistema de accionamiento, un programa de robot esquelético y un efector final para montarlo directamente en la muñeca de un cobot.

Según Neff, las herramientas livianas mitigan el efecto de inercia en los sensores del robot y permiten que la máquina se mueva a la máxima velocidad sin sacrificar las salvaguardas de colaboración. El herramental también tiene un centro de masa cercano, lo que minimiza el efecto voladizo. El tamaño compacto de las herramientas permite que el robot elimine obstáculos con menos movimiento.

El destornillador incorpora el conjunto de avance de broca de Visumatic con movimiento de doble potencia para una instalación de sujetadores precisa y controlada. Los sensores de posición en la corredera confirman el avance y la retracción de la broca, informando al controlador del robot que está bien moverse cuando la broca alcanza la posición inicial.

Esto asegura una operación de unión repetible. Otros sensores informan que se ha alimentado un tornillo, que se ha iniciado un ciclo de apriete y que el par es bueno o malo.

La alimentación por soplado es otra opción que los ingenieros de fabricación pueden considerar usar. Un operador vuelca tornillos en una tolva o recipiente vibratorio. La herramienta orienta cada tornillo, lo saca al final de una pista, lo separa y lo deja caer en un tubo de alimentación. Una ráfaga de aire dispara el tornillo hasta el final del destornillador.

Los sistemas de atornillado con avance automático con controladores de CC ofrecen un control mucho mayor sobre la operación de montaje. La velocidad del sujetador, el par, el ángulo de rotación y la dirección de apriete se pueden controlar y variar a lo largo del proceso de atornillado.

La tecnología de alimentación automática consiste en orientar y aplicar un sujetador con aire comprimido a través de un tubo de alimentación conectado al conjunto del destornillador. Los componentes unidos al frente del destornillador reciben el sujetador y mantienen la alineación con la punta del destornillador hasta que se clava el sujetador. Los destornilladores de alimentación automática van desde sistemas manuales simples hasta sistemas robóticos llave en mano completos.

La solución más rápida y compleja es utilizar un robot, junto con un sistema de alimentación de cuenco vibratorio conectado a un destornillador multihusillo.

"Los alimentadores de tazones vibratorios siguen siendo populares, porque pueden acomodar una amplia gama de sujetadores", dice Emanuele. "Son ideales para aplicaciones que requieren altas tasas de producción y vienen en muchos tamaños diferentes.

"Sin embargo, los comederos de tazones pueden ser ruidosos", advierte Emanuele. "No son demasiado flexibles y, por lo general, están configurados para un tipo o familia de tornillos en particular".

"El impulso para automatizar continúa hoy, ya que muchos fabricantes buscan ser más eficientes y eficientes", agrega Kevin Buckner, director de ingeniería de Design Tool Inc. "Hemos visto un aumento en el uso de destornilladores de husillos múltiples para reducir el ciclo veces También se está volviendo más común ver un solo tazón alimentando seis o más husillos.

"La automatización de todo el proceso de atornillado mediante equipos fijos diseñados para atornillar todos los tornillos de un conjunto puede aumentar considerablemente el rendimiento al reducir la cantidad de operadores necesarios", dice Buckner. "Esto también libera al operador para realizar otras tareas mientras se colocan los tornillos".

Hay disponibles máquinas portátiles y con accesorios personalizados. "En las aplicaciones portátiles, el equipo de atornillado con avance automático aborda estos desafíos al entregar los tornillos al destornillador más rápidamente y eliminando la necesidad de que los operadores manipulen los sujetadores", explica Buckner. "En aplicaciones fijas, se pueden utilizar múltiples controladores para reducir el tiempo de ciclo o ensamblar múltiples componentes simultáneamente para lograr tasas más altas.

"Por lo general, los presentadores de tornillos se utilizan cuando las dimensiones del sujetador impiden que el tornillo se alimente por soplado, o cuando la aplicación no permite [el uso de] componentes de impulsores de alimentación automática", dice Buckner.

Los presentadores de tornillos colocan un sujetador en un punto de recogida para que el operador pueda insertar una broca magnética y enganchar el tornillo. El operador no tiene que manipular los sujetadores, lo que reduce el desperdicio de sujetadores perdidos y mejora la calidad al eliminar la posibilidad de que un sujetador caído ingrese al conjunto.

Tan pronto como se retira el tornillo del punto de recogida, el presentador avanza otro tornillo, por lo que el próximo tornillo está disponible a medida que se conduce el tornillo, lo que reduce el tiempo del ciclo.

Algunos tipos de tornillos pueden ser más difíciles de alimentar que otros.

"Las cabezas ranuradas suelen ser el tipo de tornillo más difícil de alimentar, porque se saltan muchas brocas cuando intenta encajar", señala Emanuele. "Cualquier tipo de tornillo con una arandela encapsulada, como los sujetadores que se usan para ensamblar placas de circuito impreso y otras aplicaciones electrónicas, también pueden presentar problemas".

Como regla general, la relación entre la longitud y el diámetro determinará qué tan bien se alimenta un sujetador. Es por eso que los tornillos pequeños pueden ser especialmente quisquillosos.

"Nosotros [por lo general especificamos] tazones vibratorios, ya que podemos llenar y moler todos los huecos [sin] dar a las partes ningún lugar para colgar o adherirse", señala Greg Pflum, presidente de Performance Feeders Inc. "Los tazones vibratorios también nos brindan más opciones de herramientas para orientar correctamente las piezas.

"El punto de transferencia del tazón a la pista de gravedad o en línea vibratoria puede ser un área problemática, debido al pequeño tamaño del tornillo, incluyendo la longitud y el diámetro", explica Pflum. "También es necesario prestar atención a los agujeros de tierra para evitar que se atasquen piezas buenas en ellos.

"Por lo general, consideramos el uso de un punto de transferencia ranurado o machihembrado para que no haya un espacio recto entre los dos puntos de transferencia", agrega Pflum. "Otra opción es hacer que el recipiente descargue más alto que la superficie de rodadura de la pista y los superponga, de modo que deje caer las piezas en la pista, eliminando el problema del espacio. Para los agujeros de suciedad, buscamos pequeñas ranuras o áreas abiertas donde colgamos las piezas. para [evitar] agujeros en los que los tornillos queden atrapados".

Uno de los mayores desafíos cuando se alimentan tornillos pequeños es la relación entre la longitud total y el diámetro de la cabeza. "Cuanto más cerca esté esa relación de 1 a 1, más difícil será mantener la orientación correcta del tornillo en el mecanismo de escape de alimentación", afirma Vic Glenn, presidente de Design Tool Inc.

"Con tornillos más pequeños, las tolerancias de los componentes de alimentación deben mantenerse más ajustadas (más ajustadas) para garantizar que el mecanismo funcione correctamente", dice Glenn. "Algunos tornillos pequeños son difíciles de orientar en el recipiente antes de ingresar al mecanismo de alimentación debido al peso y tamaño de la cabeza.

"[Estamos] abordando el desafío de alimentar tornillos más pequeños con diseños personalizados de nuestros sistemas de alimentación, incluidos los sistemas deslizantes que controlan el tornillo hasta que se libera en el tubo de alimentación", señala Glenn. "Nuestros sistemas de alimentación patentados son muy adaptables para aplicaciones de tornillos más pequeños".

Design Tool generalmente usa sistemas de tazones de alimentación vibratorios para tornillos pequeños. Sin embargo, la escala de la orientación de alimentación y los componentes de escape son más pequeños con tornillos diminutos.

"Los principales desafíos al atornillar tornillos pequeños con un sistema de alimentación automática son mantener la orientación correcta del tornillo dentro de los componentes del destornillador y el espacio libre alrededor de la cabeza del tornillo para que los componentes del destornillador accedan a ubicaciones en las piezas de ensamblaje del cliente", explica Glenn.