INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL · 2017. 12. 12. · INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD ZACATENCO Yessica ser la hermana

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

Unidad profesional “Adolfo López Mateos”

ZACATENCO

AUTOMATIZACIÓN DE UNA ESTACIÓN DE BARRENADO Y

MACHUELEADO DE PERNOS TIPO PULL DOWEL MEDIANTE UN PLC

QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE

INGENIERO EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN

PRESENTAN:

ENRIQUE CASTRO ROSALES

MARICRUZ MORALES BLANCAS

MÉXICO, DISTRITO FEDERAL NOVIEMBRE 2011

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

UNIDAD ZACATENCO

Tras un largo camino lleno de experiencias, dificultades, logros, esfuerzo y empeño para cumplir mi

sueño de terminar mi carrera profesional, pasando por toda una serie de etapas que tuve que superar,

pero que hoy, tras el culmino de este trabajo me permite poder disfrutar de este logro compartido, ya

que no solo es mío si no de todas aquellas personas que lo hicieron posible y que por ello les estoy

agradecida, y no hay mejor manera de plasmarlo que escribiendo estas palabras brindándoles un

espacio especial al inicio de este trabajo.

Por esa fuerza, tenacidad, comprensión, apoyo y amor que demuestras todos los días no solo en la casa,

si no también cuando te aventuras en toda oportunidad de trabajo que se te presenta para poder brindar

un poco más a la familia, que para mí se traduce en que nada es imposible y que todo lo que quiera

hacer siempre hay un momento para llevarlo a cabo, ya que es parte de la vida. En este momento mama

quiero que sepas que este párrafo es tan solo algo pequeño de lo que representas y me transmites a mí

que soy tu hija y que por ello cada día me esfuerzo para que así como te veo yo, en un futuro mi hijo

me llegue a ver mi.

Papa a pesar de los momento difíciles tú has demostrado estar ahí como pilar, con ese carácter fuerte,

que hace que al final del día uno logre tomar sus propias decisiones haciéndole ver prioridades, lo que

para mí es fundamental ya que el decidir te hace responsable de tus acciones, siempre exigiendo que se

cumpla algo, sin darte el camino fácil, por esas ganas de no decaerte y seguir adelante a pesar de los

inconvenientes físicos y de salud, no dejando de lado que gracias a ti se que cualquier momento es

bueno para hacer un comentario chusco que a cualquiera le saca una sonrisa, por eso y más te

agradezco estar ahí y ser eso, mi padre.

Irma como hermana mayor eres una fuente de inspiración, modelo y admiración, por que fuiste el

ejemplo que tome para alcanzar este objetivo de ser ingeniero, ya que el haber compartido contigo el

mismo logro de terminar tu carrera, fue un gran impulso para tener presente que nosotras tenemos la

oportunidad de desempeñarnos en un ambiente para hombres, pero que si tu lo hiciste con gran éxito,

se podía lograr. El ejemplo brindado no solo fue académico, profesional, si no también es de

solidaridad, cariño y apoyo en cualquier momento no solo de tu parte si no también de tu esposo, que

tanto yo como mi familia se los agradecemos de todo corazón.

A quien le agradezco el mayor sacrificio de tomar la responsabilidad de llevar todo lo necesario a la

casa y ser quien tomara las riendas para sacarnos adelante dejando atrás diversiones, estudios y

experiencias por darnos más, es a ti Miguel por ser esa persona número uno en la que mis papas ven el

apoyo, fortaleza y valentía, por brindarnos ese panorama de que hay que saber seguir adelante y que las

oportunidades van a llegar. Este agradecimiento también es para la persona que comparte la vida

contigo y que aunque no tenga la obligación de ver por mis papas y nosotros, lo hace sin exigirnos nada,

dora ese ejemplo de núcleo familiar es el que yo te agradezco porque así como yo comienzo el mío, tu

ya lo disfrutaste y dejas un camino en el que muestras como lo han logrado juntos.

Algunas de las diversiones, locuras y distracciones las he pasado muy bien en tu compañía, por que las

experiencias que vivimos son muy cercanas. Lili el agradecimiento se extiende por esa ayuda y

diversión que le brindas a santiago, por demostrar que se pueden superar etapas difíciles y que se puede

madurar y que a pesar de tu carácter uno puede convivir y sonreír con su hermana, además de

permitirme ver como profesionalmente uno puede crecer y disfrutarlo.


UNIDAD ZACATENCO

Yessica ser la hermana pequeña involucra el tener a más personas a quien obedecer y respetar, lo que

puede provocar reacciones explosivas, pero a ti te agradezco todos esos favores que hacen la vida de un

mayor un poco más fácil aunque en momentos eso enfurece a cualquiera, pero el saber que me

contagias de esas ideas irreverentes, saca una sonrisa del rostro, además siempre dejas en mi una

alegría que deja fuera momentos de cansancio y rutinas, gracias y ten presente que las oportunidades

que se dan son valiosas y las debes aprovechar en el tiempo correspondiente.

En la familia muchas alegrías son gracias a los pequeños de la casa, Edwin y Miguelito son esa chispa

de vida que contagian al verlos crecer, ya que todos llevamos esa pisca de querer conocer, aprender y

disfrutar, a mis sobrinos gracias por dejarme ver que nunca se deja de jugar.

La ultima parte de este camino, no lo recorrí sola, por ello le agradezco a mi mejor amigo, esposo y

amor de mi vida, el estar conmigo durante esta carrera y compartir a mi lado un proyecto de vida en el

que ya no vamos solos, estamos acompañados de nuestro pequeñito Santiago quien me da el ánimo,

fuerza y alegría de la vida que comparto contigo Enrique. Gracias por darme esa tranquilidad,

serenidad, sonrisas, abrazos, miradas y apoyo que se necesitan, terminar este trabajo a tu lado involucro

una gran organización y responsabilidad ya que no solo fue terminar juntos el camino que cada uno

empezó por su lado, si no que se convirtió en el inicio de las bases para formar una familia y una vida

juntos donde empezamos a disfrutar de nuestro esfuerzo, desde antes de culminar con esta tesis y que

nos permitirá seguir haciéndolo viendo crecer a nuestro hijo.

Maricruz Morales Blancas


UNIDAD ZACATENCO

Muchos años pase construyendo lo que hoy ya es realidad, durante todo este tiempo fui puliendo mis

perspectivas como estudiante y como persona. A base de éxitos y fracasos, mas alegrías que infortunios,

mas apoyo que soledad, es por esto último que quiero dedicar este espacio a esos pilares del logro que

representa el termino de mi carrera profesional.

Me enseñaste lo que es tener voluntad, la importancia de la dedicación en cada aspecto de la vida, me

fomentaste el gusto por el estudio, la superación personal siempre fue el objetivo que me inculcaste

alcanzar. Como persona eres un ejemplo a seguir, para esta sociedad llena de violencia, desubicación y

oscuridad; como hijo te agradezco el que siempre encuentras la forma de reconfortar mi ánimo, cuando

me encuentro desolado, que siempre me brindas tu apoyo cuando te lo pido y que puedo disfrutar de tu

compañía. Gracias por darme la vida

Siempre encontré en ti el cariño y la paz para seguir en el camino, me mostraste la importancia del

orden en cada cosa que tenía que hacer, me demostraste que la paciencia es una herramienta muy

preciada. Gracias por todos esos desvelos, por cada uno de esos pasos que diste a mi lado cuando me

llevabas a la escuela y aun sigues acompañándome en el camino de la vida, la comida que con cariño

haces para mí fue alimento para mi cuerpo y tu amor alimento para mi espíritu. Gracias por darme la

vida

Al recordar todas esas aventuras y travesuras de la infancia no recuerdo una sola en la que no estuvieras

conmigo. Gracias hermano por todos esos buenos momentos, esas alegrías y experiencias que

definieron nuestra forma de ser lo cual ahora se ve reflejado en este trabajo. Gracias por todo tu apoyo

y las cosas que aprendimos juntos. Sigue adelante tienes mucho potencial y un gran ingenio

Admiro tu determinación y entusiasmo que pones en cada aspecto de tu vida, esa alegría que te

caracteriza refleja el amor con el cual nuestros padres nos educaron. Eres una mujer ejemplar siempre

tomando la iniciativa para aventurarte en algún proyecto de vida, quisiera tener un poco de esa

facilidad que tienes para socializar. Tienes mucho talento aprovéchalo


UNIDAD ZACATENCO

Cuando nuestro caminar se volvió uno solo mi felicidad creció aun más, tienes tantas virtudes la cuales

admiro y te reconozco, este trabajo es muestra de nuestro esfuerzo como pareja, gracias, por que

cuando me siento caer me reanimas, por que cuando necesito tu cariño siempre estas cerca. Gracias por

llenar mi vida de júbilo, gracias, por darme como regalo el tesoro más preciado que tenemos, nuestro

hijo Santiago, estaré eternamente agradecido por darme la alegría y el privilegio de tener un hijo.

Siempre te busque, Te amo.

En este momento se que todavía no puedes leer esto, sin embargo quiero que sepas que te amo y que

eres lo más preciado para mí y para tu mama. Te por seguro que siempre tendrás el apoyo de tus padres,

sin dudarlo ni un momento. Eres el motor que impulso este trabajo. Te deseo éxito en tu vida Santiago

Enrique Castro Rosales


ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD ZACATENCO

ÍNDICE

Pág.

INTRODUCCIÓN i

OBJETIVO iii

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA iv

JUSTIFICACIÓN v

ALCANCES vi

CAPITULO I INTRODUCCIÓN TEÓRICA

1.1 AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL 2

1.1.1 Objetivos de la automatización 2

1.1.2 Funciones de la automatización 2

1.1.3 Nivel de automatización 3

1.2 ANTECEDENTES DE INDUSTRIAS CAMPUZANO ICSA 4

1.2.1 Ubicación de la planta 6

1.2.2 Pernos tipo Pull Dowel 6

1.3 TORNO TIPO TORRETA REVOLVER 7

1.3.1 Clasificación de los tornos 7

1.4 TALADRO SENSITIVO DE BANCO 8



1.5 ACTUADORES ELECTRONEUMÁTICOS 9

1.5.1 Simbología 9

1.5.2 Cilindros magnéticos 9

1.5.3 Tipos de cilindros magnéticos 10

1.5.4 Electroválvulas 11

1.5.5 Unidad de mantenimiento 11

1.6 ACTUADORES ELÉCTRICOS 12

1.6.1 Clasificación de actuadores eléctricos 13

1.6.2 Sensores 14

1.7 CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMABLE 15

1.7.1 Componentes de un PLC 16

1.7.2 Lenguajes de programación 17

1.8 TIEMPOS Y MOVIMIENTOS 18

1.8.1 Diagrama de curso o flujo de proceso 19

1.8.2 Distribución de equipo en planta 19

1.8.2.1 Tipos de distribuciones 19

CAPITULO II DESCRIPCIÓN DEL PROCESO

2.1 PROCESO DE MANUFACTURA DE PERNOS TIPO PULL DOWEL 22

2.2 MÁQUINAS HERRAMIENTAS EMPLEADAS EN LAS ETAPAS DE

BARRENADO Y MACHUELEADO 24



2.2.1Estudio del torno semiautomático hidroneumático hardinge DSM1-A

rápido tipo torreta. 25

2.2.2Estudio del taladro sensitivo de banco IXION 32

CAPITULO III DESARROLLO DE INGENIERÍA

3.1 IDENTIFICACIÓN DEL PROBLEMA 39

3.1.1 Problemática actual descrita por la empresa 39

3.1.2 Filosofía de funcionamiento actual de la estación de barrenado y

machueleado 39

3.1.3 Desarrollo del bosquejo de tiempos y movimientos 40

3.1.4 Desarrollo del diagrama causa efecto 45

3.2 PLANTEAMIENTO DE LA SOLUCIÓN 49

3.3 SELECCIÓN DE EQUIPO 50

3.3.1 Delimitación del área de trabajo 51

3.3.1.1 Delimitación del área de trabajo en el torno 51

3.3.1.2 Delimitación del área de trabajo en el taladro 55

3.3.2 Subetapa de suministro 56

3.3.3 Subetapa de posicionamiento 63

3.3.4 Sub-etapa de traslado y retiro 78

3.3.5 Selección de sensores 83

3.3.6 Selección del controlador 84



3.4 DESARROLLO DEL PROGRAMA DEL PLC EN RS LOGIX 500 87

3.4.1 Programación para la automatización de la estación de barrenado

y machueleado de pernos Pull Dowel 89

3.4.1.1 Desarrollo del diagrama de escalera de redireccionamiento 99

3.4.1.2 Desarrollo del diagrama de escalera de energizado y paro del proceso 101

3.4.1.3 Desarrollo del diagrama de escalera 4 de punto a cero 102

3.4.1.4 Desarrollo del diagrama de escalera del proceso de barrenado

y machueleado 103

3.4.2 Verificación de la lógica programada de la secuencia de los actuadores

del proceso automático del barrenado y machueleado 109

3.4.2.1 Desarrollo del circuito electroneumático 115

3.4.2.2 Desarrollo del panel virtual para verificar la lógica programada 122

3.4.3 Pruebas de simulación de la lógica programada 128

CAPITULO IV PLANTEAMIENTO ECONÓMICO

4.1 COTIZACIÓN 139

4.2 ESTIMACIÓN DEL TIEMPO DE RECUPERACIÓN DE LA INVERSIÓN 141

CONCLUSIONES 142

REFERENCIAS 144

ANEXOS



ÍNDICE DE FIGURAS

FIGURA Pág.

Figura .1.1. Torno semiautomático hidroneumático Hardinge DSM1-A 5

Figura 1.2. Taladro sensitivo de banco IXION 5

Figura1.3. Mapa de microlocalización de la empresa ICSA. 6

Figura 1.4. Características de los pernos Pull Dowel. 7

Figura 1.5. Simbología de componentes electroneumáticos 9

Figura 1.6. Unidad de mantenimiento FLR 12

Figura 1.7. Aplicaciones de actuadores eléctricos 13

Figura 1.8. Sensor capacitivo 14

Figura 1.9. Sensor fotoeléctrico 15

Figura 1.10. Sensor inductivo 15

Figura 1.11. Arquitectura de un PLC 17

Figura 1.12. Lenguajes de programación 17

Figura 2.1 Esquema de dimensionamiento de un perno tipo Pull Dowel 23

Figura 2.2 Esquema del torno tipo torreta 25

Figura 2.3 Taladro sensitivo de banco IXION 25

Figura 2.4. Esquema con vista frontal y lateral del cabezal del torno a) boquilla. 27

Figura 2.5. a) Boquilla con perno asegurado 27

Figura 2.5. b) Boquilla libre 27

Figura 2.6. Botonera para apertura y cierre de la boquilla y paro de emergencia. 28

Figura 2.7. Cuchilla 28

Figura 2.8. 1) Torreta tipo revolver. 2) sistema de control hidráulico. 29

Figura 2.9. Vista frontal de la torreta. 29

Figura 2.10. Distribución de herramientas en la torreta 30

Figura 2.11. Acceso libre al operador para retirar la pieza de la boquilla 30

Figura 2.12. Descripción de los botones del panel de mando eléctrico 31

Figura 2.13. Esquema de las partes principales del taladro sensitivo de banco IXION 33

Figura 2.14. Husillo de la broca del taladro sensitivo de banco 34

Figura 2.15. Cabezal porta brocas que ejecuta el machueleado. 34

Figura 2.16. Botòn de paro del taladro sensitivo de banco IXION 35

Figura 2.17. Tornillos que indican el paso del machuelo 35



Figura 2.18. Machuelo y boquilla del taladro sensitivo de Banco 36

Figura 2.19. Accesorios instalados en la base del Taladro sensitivo de Banco 36

Figura 2.20. Botones para iniciar machueleado y para abrir y cerrar la boquilla 37

Figura 3.1. Esquema del desarrollo del diagrama de causa-efecto 46

Figura 3.2. Trayectoria del perno a la boquilla 49

Figura 3.3. Trayectorias de los elementos móviles 52

Figura 34. Áreas descartadas para el montaje y accionamiento de los sistemas de manipulación. 52

Figura 35. Cuchilla desmontable. 53

Figura 3.6. Área de mangueras de suministro hidráulico no apta para el sistema de manipulación 53

Figura 3.7. Elementos fijos del torno. 54

Figura 3.8. Área destinada para el sistema de manipulación 54

Figura 3.9. Movimientos en el funcionamiento del taladro 55

Figura 3.10. Área de trabajo disponible en el torno 56

Figura 3.11. Perno con forma cilíndrica. 57

Figura 3.12. Rampa de suministro para la reperfiladora. 57

Figura 3.13. Ubicación seleccionada para el dosificador 58

Figura 3.14. Dimensiones del área seleccionada con referencia al motor 58

Figura 3.15. Estructura del dosificador 59

Figura 3.16. Condición de centros 60

Figura 3.17. Trayectorias distintas para cada diámetro 61

Figura 3.18. Equipo necesario para un sistema neumático 66

Figura 3.19. Pinzas neumáticas MHF2 67

Figura 3.20. Distancia al punto de prensión L 68

Grafica 3.1. Relacion fuerza/Punto de presión para la pinza de8 mm. diámetro 68




Figura 3.21. Orientaciones del perno 70

Figura 3.22. Actuador mesa giratoria MSQ 70

Figura 3.23. Movimiento vertical 71

Figura 3.24.Vista lateral de la trayectoria. 71

Figura 3.25. Carrera sobre Z 72



Figura.3.26 Actuador neumático guiado serie CXS de SMC. 72

Figura 3.27. Actuador neumático doble vástago serie CXSW de SMC 73

Figura 3.28. Carrera de acción del actuador neumático doble vástago CXSW 73

Figura 3.29. Carrera que debe de cubrir el actuador 76

Figura 3.30. Actuador neumático lineal tipo mesa 77

Figura 3.31. Arreglo de actuadores para el sistema de manipulación de la sub etapa de posicionamiento 77

Figura 3.32. Trayectoria del actuador neumático guiado 78

Figura 3.33. Orientación del perno en el torno y en el taladro 79

Figura 3.34. Acción de giro para librar la caja de engranes del taladro 80

Figura 3.35. Trayectoria entre la boquilla del torno (A) y la boquilla del taladro (B 80

Figura 3.36. Actuador neumático tipo mesa de arrastre con guías internas serie MY3 de la marca SMC 81

Figura 3.37. Arreglo de actuadores para la sub etapa de traslado.1) mesa neumática de arrastre, 2)

mesa giratoria, 3) mesa giratoria, 4) actuador neumático guiado, 5) pinzas neumáticas 82

Figura 3.38. Sensor inductivo serie PRD de la marca Autonics. 83

Figura 3.39. Detector magnético DM9P de la marca SMC. 84

Figura 3.40. Ubicación del controlador 86

Figura 3.41. PLC MicroLogix 1200 87

Figura 3.42. Partes principales de RsLogix 500 88

Figura 3.43. Diagrama de escalera 2 de direccionamiento de I/O 100

Figura 3.44. Salto de subrutina para activar al ladder 3 ON/OFF 100

Figura 3.45. Diagrama de escalera 3 energizado y paro del proceso 101

Figura 3.46. Numero de rampas que contienen pernos 101

Figura 3.47. Bobinas auxiliares para los indicadores de activo y paro 102

Figura 3.48. Diagrama de escalera 4 Punto a cero de los actuadores 102

Figura 3.49. Arreglo requerido para expulsar al actuador de doble vástago según sensores activos en

las rampas

103

Figura 3.50. Secuencia de actuadores activadas por etapas 104

Figura 3.51. Contador CTU para indicar el primer ciclo de la secuencia del proceso 105

Figura 3.52. Contador CTU activado por el sensor del torno para indicar termino del barrenado 105

Figura 3.53. Accionamiento del ciclo automático del torno para barrenar 105

Figura 3.54. Método de las etapas en cada una de las bobinas auxiliares para activar a la mesa

neumática de arrastre

106



Figura 3.55. Línea que acciona la retracción del actuador neumático tipo mesa de arrastre MY1 107

Figura 3.56. Expulsión del actuador neumático tipo mesa de arrastre MY3 107

Figura 3.57. Retracción del actuador neumático tipo mesa de arrastre hasta la posición intermedia 108

Figura 3.58. Etapa donde se inicia la operación de machueleado 108

Figura3.59. Apertura de la boquilla del taladro para retiro del perno barrenado y machueleado 109

Figura 3.60. Conteo de pernos terminados en base al pedido 109

Figura 3.61. Tiempo de barrenado de un perno que corresponde al accionamiento del torno para

barrenar

110

Figura 3.62. Tiempo promedio de machueleado de un perno que corresponde al accionamiento del

taladro

111

Figura 3.63. Archivo con extensión .ACH para la emulación del programa 112

Figura 3.64. Ventana RSWho 112

Figura 3.65. Configuración del driver para la emulación del programa 112

Figura 3.66. Asignación de número de estación en RsLogix Emulated 500 113

Figura 3.67. Comunicación para descargar el programa a la estación creada en el emulador 114

Figura 3.68. Ejecución del programa con el emulador RsLogix Emulated 500 114

Figura 3.69. Activación del energizado para los actuadores y maquinaria del proceso 115

Figura 3.70. Partes principales de FluidSIM 115

Figura 3.71. Arreglo de los actuadores en FluidSIM 117

Figura 3.72. Configuración del tópico para comunicar RsLogix 500 con FluidSIM 118

Figura 3.73. Puertos de comunicación de FluidSIM 118

Figura 3.74. Ventana del puerto de salida de FluidSIM 119

Figura 3.75. Selección del servidor 119

Figura 3.76. Selección del tópico y direcciones de RsLogix 500 120

Figura 3.77. Conexiones de los puertos de comunicación 121

Figura 3.78. Diagrama de estado de los primeros dos actuadores 121

Figura 3.79. Vista principal del panel frontal de LabVIEW 122

Figura 3.80. Paleta de herramientas 123

Figura 3.81. Paleta de controles 123

Figura 3.82. Paleta de funciones 124

Figura 3.83.Panel virtual del proceso automático de barrenado y machueleado de pernos tipo Pull

Dowel

124



Figura 3.84. Variable local del indicador digital Activo 125

Figura 3.85. Conexión de las lámparas realizada 125

Figura .3.86.Constantes de falso y verdadero de los indicadores 126

Figura 3.87. Ventada de diagrama de bloques con la programación 126

Figura 3.88. Procedimiento para direccionar botones 127

Figura 3.89. Procedimiento para direccionar la lámpara de botón de paro 127

Figura 3.90. Ingreso del total de piezas a barrenar y machuelear 128

Figura 3.91. Energizado del equipo del proceso 128

Figura 3.92. Detección de sensores activos en rampas 129

Figura 3.93. Expulsión del actuador de doble vástago 129

Figura 3.94. Diagrama de estado de la respuesta de los actuadores de la sub-etapa de posicionamiento 130

Figura 3.95. Mesa neumatica de arrastre detenida en la segunda rampa 130

Figura 3.96. Inicio del machueleado del perno 131

Figura 3.97. Termino de la subetapa de retiro 131

Figura 3.98. Indicacion de un perno terminado. 132

Figura 3.99. Diagrama de estado de secuencia de los actuadores de la automatizacion del proceso de

barrenado y machueleado de pernos Pull Dowel

133

Figura 3.100. Paro del proceso 134

Figura 3.101. Paro de los actuadores del proceso 134

Figura 3.102. Cantidad de piezas que faltan por manufacturar 135

Figura 3.103. Contacto de Point 0 activo 135

Figura 3.104. Retraer actuador de doble vástago 136

Figura 3.105. Reinicio del proceso automático de barrenado y machueleado 136

Figura 3.106. Término del proceso automático de barrenado y machueleado de pernos Pull Dowel 137

ÍNDICE DE DIAGRAMAS

DIAGRAMAS Pág.

Diagrama 2.1. Diagrama a bloques del proceso de manufactura de pernos Pull Dowel 24

Diagrama 2.2. Diagrama de flujo del ciclo de operación del torno 26

Diagrama 2.3. Diagrama de flujo del ciclo de operación del taladro 33



Diagrama 3.1. Diagrama de flujo de la secuencia de accionamiento de los actuadores de la

etapa de posicionamiento

92

Diagrama 3.2. Representación de la secuencia de los actuadores de las etapas de traslado y retiro 93

Diagrama 3.3. Diagrama de estado de los actuadores de la subetapa de posicionamiento, traslado y

retiro 94



ÍNDICE DE TABLAS

TABLAS Pág.

Tabla 1.1 Tipos de cilindros magnéticos más representativos 10

Tabla 1.2 Comparación entre actuadores neumáticos y eléctricos 14

Tabla 1.3 Ventajas y desventajas de los tipos de distribución de la maquinaria 20

Tabla 2.1Dimensiones de pernos tipo Pull Dowel 22

Tabla 3.1 Diagrama de flujo de proceso 41

Tabla 3.2 Resumen del diagrama de flujo de proceso 42

Tabla 3.3 Diagrama de flujo operativo del barrenado 43

Tabla 3.4 Diagrama de flujo operativo del machueleado 44

Tabla 3.5 Valores de los parámetros para la selección del actuador 61

Tabla 3.6 Tabla comparativa de actuadores 62

Tabla 3.7 Medios de transporte de materiales 63

Tabla 3.8 Comparación entre sistemas de accionamiento 64

Tabla 3.9. Carga del actuador 72

Tabla 3.10. Carga total del actuador neumático doble vástago CXSW de la marca SMC 74

Tabla 3.11. Carga total de la mesa de giro 75

Tabla 3.12. Carga total sobre la mesa neumática 76

Tabla 3.13. Carga del actuador MY3 de la marca SMC 81

Tabla 3.14. Total de entradas y salidas 85

Tabla 3.15. Características del controlador MicroLogix 1200 86

Tabla 3.16. Características de los módulos de expansión 87

Tabla 3.17 Lista de entradas y salidas del PLC 90

Tabla 3.18. Direccionamiento de entradas del PLC 96

Tabla 3.19. Direccionamiento de salidas del PLC 97

Tabla 4.1. Recurso economico destinado para el desarrollo del proyecto. 139

Tabla 4.2. Cotización de equipo propuesto para la solución. 139

Tabla 4.3. Cotización del PLC Micrologix 1200. 140

Tabla 4.4. Costo de ingeniería 140

Tabla 4.5. Recurso económico para el desarrollo del proyecto 140

Tabla 4.6. Estimación del tiempo de recuperación del proyecto 141

CAPÍTULO I

INTRODUCCIÓN TEÓRICA

Este capítulo tiene como objetivo dar una introducción teórica sobre el fundamento de los

elementos que se emplean para lograr el objetivo del presente trabajo. De igual forma se

presentan los antecedentes de la empresa de la cual se toma el tema de interés e

información del perno tipo Pull Dowel, producto principal de la empresa.



2

1.1 AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL

La palabra automatización proviene de la contracción de términos en inglés automatic

motivation (motivación automática) y fue usada por primera vez en los años de la década de

los cuarenta por un ingeniero de la Ford Motor Company para describir la operación colectiva

de muchas máquinas interconectadas en la planta.

Las máquinas podían fresar, perforar, rectificar y terminar un monobloc, dejando el producto

terminado al final de la línea. El sistema estaba programado para hacer las tareas de sujeción y

manejo que antes se realizaba de manera manual, por lo que el operador solo se dedicaba a

supervisar las máquinas y revisar la calidad del producto terminado.

La intervención de un operador es a menudo para asegurar un control o pilotaje global de

procesos para vigilar las instalaciones y asumir el mando manual total o parcial del sistema.

Las medidas de los parámetros del proceso son efectuadas por captadores o sensores que

toman información, la ponen en forma conveniente y a menudo transforman la naturaleza

física y las órdenes de mando son transmitidas al proceso por los actuadores [2].

1.1.1 Objetivos de la automatización

La competición económica que conocemos impone a la industria la necesidad de producir en

calidad y en cantidad para responder a la demanda en un entorno muy competitivo [3]. Los

objetivos tratan de:

Producir una calidad constante.

Proveer las cantidades necesarias en el momento preciso.

Incrementar la productividad y flexibilidad de la herramienta.

1.1.2 Funciones de la automatización

El grado de automatización de un sistema es variable, según la naturaleza del proceso, su

complejidad, el conocimiento que se tenga de él y los objetivos asignados al proyecto. Se

distinguen tres grados de automatización [3]:



3

1.- Vigilancia de las magnitudes: Corresponde a un objetivo de conocimiento técnico y

económico del proceso donde el órgano de control adquiere información, las analiza y ejecuta.

2.- Mando guía operador: Completa lo precedente por tratamientos más elaborados y propone

a los responsables para concluir o iniciar el proceso. El automatismo esta aquí en lazo abierto

ya que no se actúa directamente en el proceso ya que el bucle lo cierra el operador.

3.- Mando: Corresponde a la automatización completa de ciertas funciones, después de la

adquisición de la información, pasando por el proceso lógico para llegar a una acción sobre el

proceso. El hombre está excluido de la ejecución ya que solo se encarga de vigilar e intervenir

incidentalmente para asumir el control manual.

1.1.3 Nivel de automatización

Se tienen clasificados cuatro niveles primordiales para una automatización basado en las

acciones del hombre y de la máquina, los cuales son [3]:

El primer nivel corresponde a una máquina sencilla o una parte de la máquina, donde se puede

tratar de funciones de seguridad o de encadenamiento de las tareas o de vigilancia de los

tiempos muertos o del posicionamiento de las piezas.

El segundo nivel se enfoca a una máquina más compleja o un conjunto de máquinas simples.

Los mandos correspondientes están vinculados a la explotación de las máquinas, sus funciones

y su puesta en marcha dependen del operador. Este es el dominio clásico del automatismo

industrial.

El tercer nivel se refiere a un proceso o a un taller completo, la automatización es completa

con técnicas refinadas y susceptibles de englobar parámetros técnicos así como variables

económicas como pedidos, especificaciones particulares de los productos y optimización

económica.

El cuarto nivel la gestión integrada que tiene por objeto efectuar la unión entre la producción y

la gestión de la empresa con sus limitantes económicas.



4

1.2 ANTECEDENTES DE INDUSTRIAS CAMPUZANO (ICSA)

Industrias Campuzano S.A de C.V. es una empresa 100% mexicana dedicada a la fabricación de

productos de ensamble para equipos mecánicos, como son bujes, pernos, L-Bloks, Riser Angle

Brakets, pernos perforadores y fabricaciones especiales; además ofrece los servicios de maquinado

para grandes piezas de 6mts de largo, 2.8 mts de ancho y 1.2 mts de alto.

La empresa ICSA cumple con los requisitos, normas y procedimientos que se requieren ya que su

mentalidad es compartida y usada por todo el personal de la empresa para la mejora continua de su

sistema y para el logro de sus objetivos, los cuales son satisfacer las necesidades, proporcionar un

producto libre de defectos y un servicio de calidad [4].

Actualmente las principales empresas dedicadas al ramo de la fabricación de herramental para

ensamble de carrocerías son: Ford, General Motors, Chrysler, las cuales han realizado un compendio

de normas que usan de guía al diseñar nuevos herramentales, estándar NAAMS. Dentro de este

estándar, está incluido el perno Pull Dowel, perno que fabrica dicha empresa.

A nivel nacional sólo existen 5 empresas con capacidad de ofrecer proyectos “llave en mano” para esta

área de la industria automotriz, estas empresas a su vez ofrecen este servicio a las principales

fabricantes de automóviles (Ford, General Motors, Chrysler, Volkswagen, Nissan) y de componentes o

subensambles (Metalsa, Benteler, PEMSA, Magna, Nugar, etc.). Cada una de las empresas

mencionadas, a su vez subcontrata con proveedores locales algunos subensambles y maquinados y

estos a su vez consumen pernos a través de algún distribuidor local [5].

La automatización propuesta de este trabajo comprende las etapas de barrenado y machueleado. La

etapa de barrenado se realiza en un torno semiautomático hidroneumático Hardinge DSM1-A (Figura

1.1) y el machueleado en un taladro sensitivo de modelo de banco IXON (Figura 1.2).



5

Figura 1.1. Torno semiautomático hidroneumático Hardinge DSM1-A

Figura 1.2. Taladro sensitivo de banco IXION



6

1.2.1 Ubicación de la planta

La macro localización de la empresa ICSA está situada en el Estado de México, de los Estados Unidos

Mexicanos. La microlocalización está ubicada en Av. Central #3, colonia Rústica Xalostoc, Ecatepec,

Edo. de México, CP.55340. En la Figura1.3 se muestra el mapa de la microlocalización de la empresa

ICSA.

Figura 1.3. Mapa de microlocalización de la empresa ICSA.

1.2.2 Pernos tipo Pull Dowel

La empresa ICSA está dedicada a la fabricación de productos para dispositivos de maquinado y

ensamble como lo son los pernos Dowel métricos y estándar, dichos pernos son con rosca para

extracción (mm/Std) además de que se pueden realizar fabricaciones especiales. Este tipo de pernos se

utilizan en la industria aeroespacial, automotriz, de construcción militar y otras industrias. Su función

principal es la fijación o alineación de dos componentes que son desmontados y montados.

Los pernos “dowel sólidos” y los “pull dowel” son elementos que sirven para ensamblar con precisión

dos componentes, que a su vez, cada uno previamente ha sido barrenado al diámetro del perno y a las

distancias entre centros de los mismos. El perno dowel sólido era anteriormente el más utilizado, y a

raíz de las crecientes innovaciones en la industria automotriz y la imperiosa necesidad de reducir costos

y reutilizar componentes de herramentales pasados, llevaron al ramo automotriz a refinar el concepto

del perno “pull dowel”. Este perno permite poder ser extraído con facilidad una vez instalado debido a



7

que tiene un barreno roscado en un extremo, además de que cuenta con características como una

superficie endurecida, salida de aire y un diámetro rectificado de precisión como se muestra en la

figura 1.4 [4].

Figura 1.4. Características de los pernos Pull Dowel.

1.3 TORNO TIPO TORRETA REVOLVER

El torno es una de las máquinas herramientas más antiguas e importantes en la actualidad; en un inicio

se utilizaba para madera, accionado por una cuerda enrollada o con un pedal, este ha sido mejorando y

perfeccionando hasta tener toda una gama de tornos tipo torreta revolver. Sin importar el tipo de torno,

este tiene la función principal de tornear formas y piezas de trabajo cilíndricas. La torreta revolver se

desarrolló por la necesidad de realizar diferentes operaciones en un mismo amarre de pieza en el año

1858 [6].

1.3.1 Clasificación de los tornos

Existe una gran diversidad de tornos para una variedad de aplicaciones y propósitos, por lo cual se

generan clasificaciones basadas en los siguientes factores:

Plano para salida de aire Superficie endurecida

Rosca para extracción

Diámetro rectificado de precisión



8

1. Clasificación por su alcance de aplicación o finalidad.

Torno de producción.

Torno de torreta.

Torno automático de un solo husillo.

Torno de control numérico CNC.

2. Clasificación por sus características

Torno rápido.

Trabajo de la madera.

Torneado de metales.

Torno de pulido.

Torno de torreta.

Torno de revolver.

Torno automático

1.4 TALADRO SENSITIVO DE BANCO

La ejecución de un agujero en una pieza puede ser una operación sencilla pero en un taller es un trabajo

muy importante y preciso; por lo cual se han diseñado herramientas con el fin de que los taladros

puedan ser prácticos y económicos. La taladradora es la segunda máquina herramienta conocida por

orden de antigüedad, ya que fue inventada después del torno [6].

Clasificación de los taladros

Para clasificar el tipo de taladros se pueden considerar tres categorías principales en base a su

construcción

1) Taladro de husillo vertical

2) Taladro de husillos múltiples

3) Taladro radial



9

1.5 ACTUADORES ELECTRONEUMÁTICOS

Un sistema electroneumático está compuesto por cilindros de accionamiento neumático y válvulas

solenoides que proporcionan los movimientos y la lógica electrónica o eléctrica necesarios para el

control. El uso de los sistemas electrónicos y neumáticos proporcionan una serie de ventajas basadas en

los circuitos y sistemas que se benefician de la simplicidad de disposición, funciones lógicas y

aritméticas del controlador lógico programable (PLC) [7].

1.5.1 Simbología

En la figura 1.5 se presenta la simbología de algunos componentes más usados en sistemas

electroneumáticos [7].

Figura 1.5. Simbología de componentes electroneumáticos

1.5.2 Cilindros magnéticos

El control de posición de cilindro se puede llevar a cabo por medio de interruptores eléctricos y/o

neumáticos de accionamiento mecánico. Este método de control requiere de un diseño y fabricación de

piezas precisas y complejas, puesto que debe unirse al vástago un conjunto de levas, para efectuar la

Cilindro magnético S/E Cilindro magnético D/E Cilindro magnético S/E Cilindro magnético

sin vástago

Válvula 3/2 Simple bobina Válvula 5/2 Simple bobina Válvula 5/2 Doble bobina

Válvula 5/3 Centros

cerrados

Válvula 5/3 realimentación

cerrada Presostato



10

acción de los interruptores, para lo cual se utilizan los cilindros magnéticos. Los interruptores se

adaptan al exterior de la camisa del cilindro ya que cuando el pistón magnético pasa por debajo del

interruptor se conseguirá una señal que realimentará la posición del pistón [5].

1.5.3 Tipos de cilindros magnéticos

En la tabla 1.1 se muestran los tipos de cilindros más representativos y sus características.

Tabla 1.1.Tipos de cilindros magnéticos más representativos

TIPO DE CILINDRO MAGNÉTICO IMAGEN

Cilindro de doble efecto. Norma ISO, vástago retraído.

Diámetro en mm: 10,12,16,20,25

Carrera estándar en mm: 10,25,50

Cilindro de doble efecto de perfil ligero según Norma ISO,

vástago retraído y VDMA.

Diámetro en mm: 32,40,50,63,80,100

Carrera estándar en mm: 25,50,80,100,125,160

Amortiguación regulable.

Amplia gama de fijaciones.

Cilindro de doble efecto sin vástago.

Diámetro en mm: 16,20,25,32,40,50,63,80

Carrera máximas: 8.5 m. en diámetros de 16 a 40, 7 m. en

diámetros de 50 a 63.

Opciones de guiado: interno, externo, rodillo de precisión.

Otras opciones: Freno activo, freno pasivo y válvula

integrada.

Cilindro de doble efecto con unidades de deslizamiento lineal.

Diámetro en mm: 10,16,25,32,40

Carrera estándar en mm: 25,50,75,100 para diámetro 16

25,50,75,100,125,150 en diámetro 16

Cojinetes de deslizamiento de alta precisión.

Doble vástago guía de alta rigidez.

Amortiguación regulable.

Amplia gama de fijaciones.



11

1.5.4 Electroválvulas

Las válvulas proporcionales son convertidores de intensidad/tensión en presión y caudal adaptadas a

las aplicaciones de neumática de potencia. Por ello desde un sistema de control electrónico con una

salida de 4-20 mA o de 0-10 V, se regula la presión o el caudal de un circuito neumático [8].

Las aplicaciones principales de estas válvulas son:

Control y ajuste de la fuerza de un cilindro

Control de la amortiguación y freno de mecanismo de desplazamiento

Control de la fuerza de apriete de las pinzas de soldar por puntos

Mando y control de tensión de rodillos de las máquinas de papel

Mando y control de la posición de los cilindros neumáticos.

Electroválvula proporcional de presión

Esta se desplazará a la derecha o izquierda proporcionalmente según la cantidad de presión ya que

tienden a equilibrarla con la potencia del solenoide dando una posición a la bobina. La válvula

proporcional de presión tiene un control posición más sofisticado, por lo cual sus aplicaciones se basan

al control por una válvula de flujo proporcional, ajustando por medio de una señal variable enviada por

un controlador electrónico [8].

Electroválvula proporcional de caudal

Esta válvula cuenta con tres estados de de activación basado en el principio de que al aplicar una

corriente continua esta sufrirá un desplazamiento proporcional al valor de la corriente en un rango de

4-20 mA [8].

1.5.5 Unidad de mantenimiento

Las unidades de mantenimiento para aire comprimido retienen partículas sólidas y las gotas de

humedad contenidas en el aire; las unidades de mantenimiento se componen generalmente de tres

elementos (Ver figura 1.6) [9]:

1) Filtro de aire

2) Regulador de presión

3) Lubricador



12

Figura 1.6. Unidad de mantenimiento FLR

Las partículas más grandes son retenidas por el filtro papel, mientras que los líquidos son desviados al

vaso del filtro. El líquido condensado en el vaso del filtro se debe vaciar periódicamente, ya que de lo

contrario podría ser arrastrado por la corriente del aire comprimido al circuito. Los filtros más finos de

hasta 0.01 micras se encargan de filtrar las partículas más pequeñas e incluso mínimas gotas de agua

que quedará en el aire comprimido.

La válvula reguladora de presión o regulador de presión mantiene la presión de trabajo constante del

lado del usuario, independientemente de las variaciones de presión en la red principal y del consumo.

Se debe tener presente la presión de entrada del regulador debe ser superior a la de trabajo.

El lubricador de aire comprimido tiene la función de lubricar de modo suficiente a todos los elementos

neumáticos, en espacial a los activos. El aceite que utiliza el lubricante es aspirado en un pequeño

depósito de la misma unidad de mantenimiento mezclado con la corriente de aire comprimido y

distribuido en forma de niebla.

1.6 ACTUADORES ELÉCTRICOS

Un actuador es un dispositivo mecánico que a través de una energía transportada por aire, corriente

eléctrica o líquido, es convertida en cierta clase de movimiento, basado en ese principio un actuador

eléctrico es aquel que tiene una suave aceleración y desaceleración, fuerza de amarre controlada y un

posicionamiento múltiple, preciso, fiable, más silencioso en comparación con los actuadores

neumáticos. Estos actuadores tienen aplicaciones como las que se muestran en la figura 1.7 [10].

Lubricante

Filtro de aire

Regulador de presión

http://neumatica-es.timmer-pneumatik.de/artikel/artbild/maxi/wh-koe3-10.jpg



13

Figura 1.7. Aplicaciones de actuadores eléctricos

1.6.1 Clasificación de actuadores eléctricos

La clasificación de los diferentes tipos de actuadores eléctricos que se enuncian a continuación se

basan en la función a desempeñar y como se debe llevar a cabo [10].

Actuador eléctrico con pinzas: Este actuador tiene la facilidad de manipular piezas esféricas,

cilíndricas o planas ya sea para clasificación, ubicación o traslado.

Pinzas eléctricas de dos dedos

Pinzas eléctricas de tres dedos

Actuador eléctrico sin pinzas: Este actuador permite posicionamiento por medio de un traslado

por deslizamiento con características diferentes como se muestra a continuación.

Actuador eléctrico con mesa lineal

Actuador eléctrico con vástago

Actuador eléctrico tipo deslizante

Amarre de piezas fácilmente

deformables o frágiles Transporte suave

Identificación de piezas de trabajo con

diferentes dimensiones

Manipulación Control de oscilaciones Transporte sin golpes/

Alimentación precisa Montaje por precisión



14

Tabla 1.2 Comparación entre actuadores neumáticos y eléctricos

ACTUADORES NEUMÁTICOS ACTUADORES ELÉCTRICOS

Son relativamente económicos

Ofrecen una mayor vida útil (en términos de

ciclos)

Son excelentes para aplicaciones de movimiento

continuo de extremo a extremo

Ofrecen elevada velocidad y elevada fuerza

Son relativamente fáciles de utilizar y mantener

No requieren una complicada programación

Ofrecen mayores niveles de precisión y

repetitividad

Son más limpios, suaves y silenciosos

Proporcionan un verdadero control del

movimiento, movimientos de múltiples

posiciones sincronizado

Control de velocidad y fuerza

No requieren aire comprimido para

funcionar

1.6.2 Sensores

Un sensor está definido como un dispositivo eléctrico y/o mecánico que convierte magnitudes físicas

(luz, magnetismo, presión, etc.) en señales de voltaje o discretas representativas de dichas magnitudes.

Tipos de sensores discretos

Los sensores discretos son muy usados para representar permisivos en la lógica de funcionamiento

dentro de la programación de un controlador, existen tres grandes tipos de sensores discretos.

Sensores capacitivos. Los sensores capacitivos basan su funcionamiento en el siguiente

principio la capacitancia del condensador es modificada en presencia de objetos sólidos. En la

figura 1.8 se muestra un sensor capacitivo.

Figura 1.8. Sensor capacitivo



15

Sensores fotoeléctricos. Los sensores fotoeléctricos están constituidos de dos etapas principales

la etapa emisora que es la que se encarga de emitir un haz de luz la etapa receptora capta la luz

emitida si es que no es interrumpida por un objeto en su trayectoria. En la figura 1.9 se muestra

un sensor fotoeléctrico.

Figura 1.9. Sensor fotoeléctrico

Sensores inductivos. Este tipo de sensores son empleados en la industria para la detección de

metales ferrosos porque no detectan plásticos ni líquidos. Los sensores de proximidad

inductivos contienen un devanado interno y cuando una corriente circula por el mismo se

genera un campo magnético que perite detectar algún metal cuando este próximo (figura 1.10).

Figura 1.10. Sensor inductivo

1.7 CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMABLE

Es un sistema electrónico de operación digital, para uso en ambiente industrial, usa memoria

programable para almacenamiento interno de instrucciones y funciones específicas, tales como:

secuencias, tiempo, conteo y aritmética para control de entradas y salidas analógicas o digitales y

manipulación de datos [11].



16

Las terminales de entrada reciben señales de realimentación para conexión a dispositivos como

interruptores de láminas, interruptores de seguridad, sensores de proximidad, sensores fotoeléctricos,

pulsadores e interruptores manuales y otros dispositivos de entrada. El circuito para producir las salidas

deseadas en el momento adecuado o en la secuencia adecuada para la aplicación, se plasma en forma

de diagrama de contactos y programa en la memoria del PLC como instrucciones lógicas.

1.7.1 Componentes de un PLC

El controlador lógico programable tiene como partes principales las que enuncian a continuación y que

se visualizan en la figura 1.11 [12].

Fuente de alimentación: Es la encargada de suministrar la tensión y corriente necesarias tanto a la

CPU como a las tarjetas. La tensión de entrada es de 110/220 VAC de entrada y 24 DCV de salida.

Módulo CPU: Es el cerebro del PLC y consta de uno o varios microprocesadores (según fabricante)

que se programan mediante un software propio. La mayoría de ellos ofrecen varias formas de

programación, trabajan en base a dos estados para un mismo bit (0 o 1).

Módulo de entradas y salidas digitales: Se conectan al rack y comunican con la CPU a través de la

citada conexión. En el caso de las entradas digitales transmiten los estados 0 o 1 del proceso a la CPU.

En el caso de las salidas, la CPU determina el estado de las mismas tras la ejecución del programa y las

activa o desactiva en consecuencia.

Módulo de entradas y salidas analógicas: Estas tarjetas leen un valor analógico e internamente lo

convierten en un valor digital para su procesamiento en la CPU. Esta conversión la realizan los

convertidores analógico-digitales.

Módulos especiales: Se utilizan normalmente para control o monitorización de variables o

movimientos críticos en el tiempo, ya que usualmente realizan esta labor independientemente de la

CPU.



17

Figura 1.11. Arquitectura de un PLC

1.7.2 Lenguajes de programación

Los lenguajes de programación es el código mediante el cual el PLC se comunica con los elementos

físicos de accionamiento. La selección del lenguaje depende del programador, la aplicación concreta, el

nivel de definición de la aplicación, estructura del sistema de control y la comunicación con otros

departamentos de la empresa; estos lenguajes se pueden clasificar en dos categorías, lenguajes gráficos

y literales (Ver figura 1.12) [12].

Figura 1.12. Lenguajes de programación

Lenguajes gráficos

Diagrama escalera (Ladder diagram LD)

Unidad de programación o

supervisión Conexión a otros controladores o

con E/S remotas

Conectores al

bus para más

módulos de

E/S Bus

220-230

VAC 24 VCD

5 VCD

Sensores digitales

(Interruptores,

sensores de

proximidad

Actuadores digitales

(Válvulas neumáticas,

lámparas indicadoras)

Sensores analógicos

(Termopares, potenciómetros)

Actuadores analógicos

(Variadores de velocidad)



18

Diagrama de bloques funcionales (Function Block Diagram FBD)

Grafcet

Lenguajes literales

Lista de instrucciones (Instruction list IL)

Lenguaje estructurado (Structured text ST)

1.8 TIEMPOS Y MOVIMIENTOS

El estudio de tiempos comprenden el diseño, formulación, y la selección de los mejores métodos,

procesos, herramientas, equipos diversos y especialidades necesarias para manufacturar un producto, el

mejor método debe compaginarse con las mejores técnicas y habilidades disponibles a fin de lograr una

eficiente interrelación humano-máquina.

El estudio de movimientos se utiliza para analizar un método determinado y ayudar al desarrollo de un

centro de trabajo eficiente, este estudio es el análisis cuidadoso de los diversos movimientos que

efectúa el cuerpo al ejecutar un trabajo. Su objeto es eliminar o reducir los movimientos ineficientes y

facilitar y acelerar los eficientes con mayor facilidad y aumento de producción.

Para realizar el estudio de movimientos se basa en el estudio visual de movimientos el cual se aplica

con mayor amplitud porque la actividad que se estudia no necesita ser de tanta importancia para

justificar económicamente su empleo, donde se comprende la observación cuidadosa de la operación y

la elaboración de un diagrama de proceso del operario [13]. Existen movimientos fundamentales, de

los cuales según Frank Gilbreth toda operación se compone de 17 divisiones básicas las cuales son:

1. Buscar

2. Seleccionar

3. Tomar

4. Alcanzar

5. Mover

6. Sostener

7. Soltar

8. Colocar en posición

9. Precolocar en posición

10. Inspeccionar

11. Ensamblar

12. Desensamblar

13. Usar

14. Demora



19

1.8.1 Diagrama de curso (o flujo de proceso)

El diagrama de flujo es especialmente útil para poner de manifiesto costos ocultos como distancias,

retrasos y almacenamientos temporales. Una vez expuestos estos periodos no productivos, el analista

puede empezar con las mejoras. Generalmente se utilizan dos tipos de diagrama de flujo: de productoy

y operativo. Mientras el diagrama de producto muestra todos los detalles de los hechos que tienen lugar

para un producto o un material, el diagrama de flujo operativo muestra los detalles de cómo una

persona ejecuta una secuencia de operaciones [13].

1.8.2 Distribución del equipo en planta

El principal objetivo de la distribución efectiva del equipo en la planta es desarrollar un sistema de

producción que permita la fabricación del número de productos deseados, con la calidad deseada y al

menor costo posible. Por tanto, la distribución del equipo es un elemento importante de todo un sistema

de producción.

En algunos casos se cuentan con distribuciones de equipo deficientes que resultan costosas, y la

mayoría son costos ocultos y, en consecuencia no pueden ser expuestos con facilidad. Los costos de

mano de obra indirecta correspondientes a movimientos de gran distancia, regresos, demoras y

suspensiones del trabajo son debido a congestionamientos provocados por la distribución inadecuada

del equipo en la planta [13].

1.8.2.1 Tipos de distribuciones

En general toda distribución corresponde a uno o a la combinación de dos tipos básicos de distribución,

la rectilínea, o por producto, y el funcional, o por proceso. En la distribución en línea recta de la

maquinaria es muy usada en ciertos procesos de producción en masa y la distribución por proceso

consiste en la agrupación de instalaciones o máquinas semejantes. En la tabla 1.3 se muestran las

ventajas y desventajas de cada distribución [13].



20

Tabla 1.3 Ventajas y desventajas de los tipos de distribución de maquinaria

TIPO DE

DISTRIBUCIÓN VENTAJAS DESVENTAJAS

Distribución

rectilínea o por

producto.

La ventaja principal es

que los inconvenientes

se pueden superar si

las exigencias de la

producción son

considerables.

Se puede fomentar el descontento por los trabajadores

debido a que están agrupadas instalaciones de distinta

naturaleza.

El entrenamiento del operario llega a ser difícil, puesto

que ningún trabajador experimentado adscrito a una

instalación o área de trabajo determinada puede estar

disponible en el área inmediata para adiestrar al nuevo

operador.

Hallar supervisores competentes debido a la variedad de

instalaciones y trabajos que se deben supervisar causa

un problema.

Distribución

funcional o por

proceso.

Esta distribución es

mejor si las cantidades

de producción de

productos similares

son limitadas y la

factoría es de tipo

especial.

Probabilidad de tener recorridos largos y regresos de

trabajadores que requieren una serie de operaciones en

diversas máquinas.

Requiere un gran volumen de papeleo requerido para

expedir órdenes y controlar la producción entre las

diversas secciones.

Contar con los conocimientos básicos en los cuales se fundamenta el funcionamiento de cada uno de

los elementos que se emplean, es la base para tener un criterio más amplio y fundamentado del porque

y para que se deben utilizar cada uno de los elementos explicados, ya que con base a sus ventajas y

características permite tener una visión de la variedad de tecnologías y técnicas que se pueden aplicar

para que en con respecto a su análisis y evaluación se pueda determinar lo que es más factible para

lograr los objetivos del presente trabajo.

CAPÍTULO II

DESCRIPCIÓN DEL PROCESO

Para efectuar una automatización se requiere de conocer como se realiza el proceso y

partir de ello estudiar y valorar las opciones existentes para logar que el proceso sea más

efectivo, productivo, seguro, económico y fiable dependiendo del objetivo de dicha

automatización. Por lo cual este capítulo se enfoca a describir el procedimiento actual del

proceso de las estaciones de barrenado y machueleado de pernos tipo Pull Dowel.



22

2.1 PROCESO DE MANUFACTURA DE PERNOS TIPO PULL DOWEL

El proceso para la manufactura de pernos Pull Dowel se aplica en la producción de distintas medidas

que van desde 6.35 mm a 19.05 mm de diámetro nominal y de 12.7 mm a 152.4 mm de longitud; con

una serie de combinaciones que hace una gama muy amplia de medidas de pernos que se realizan en

este proceso como se puede ver en la tabla 2.1.

Tabla 2.1 .Dimensiones de pernos tipo Pull Dowel

La figura 2.1 muestra las dimensiones correspondientes con la tabla 2.1 Dimiensiones de pernos Pull

Dowel con lo cual se obtiene un total de 61 diferentes combinaciones de medidas para pernos, sin

tomar en cuenta que además de estas combinaciones se realizan trabajos especiales sobre pedido con

medidas especificas. Todas las medidas se hacen con las mismas máquinas cambiando solo en la

estación de barrenado y machueleado las herramientas y accesorios, como se explica en la sección

2.2.1 Estudio del torno semiautomático hardinge DSM1-A tipo torreta y 2.2.2 Estudio del taladro

sensitivo modelo de banco Ixion.



23

Figura 2.1. Esquema de dimensionamiento de un perno tipo Pull Dowel

La manufactura de pernos tipo Pull Dowel comienza con la etapa de seccionamiento en donde se

cortan las varillas a la medida específica del perno a realizar mediante una máquina cortadora y una

vez terminada la etapa de seccionamiento, se pasan los cortes de varilla a la etapa de barrenado; en

esta etapa se realiza un barreno a cada perno mediante un torno semiautomático hidroneumático

Hardinge DSM1-A tipo torreta , después de realizar los barrenos a cada perno se tienen que trasladar a

un taladro sensitivo de banco IXION donde se efectúa la etapa de machueleado, estas dos últimas

etapas mencionadas conforman las etapas de estudio de este trabajo y se detallan en las secciones 2.2.1

Estudio del torno semiautomático hardinge DSM1-A tipo torreta y 2.2.2 Estudio del taladro sensitivo

modelo de banco Ixion.

La etapa siguiente consta de hacer un tratamiento térmico para dar propiedades específicas de dureza y

temple al perno esta etapa se realiza fuera de la empresa, posteriormente regresan los pernos a la

empresa ICSA donde se tienen que separar y clasificar los pernos, esta etapa se lleva a cabo de forma

manual, posteriormente se pasa a la etapa de esmerilado en donde se les realiza una salida de aire a la

superficie del perno, para posteriormente pasar por un ajuste de diámetro final ya que los pernos tipo

Pull Dowel son de gran precisión en sus medidas. Finalmente el perno ya terminado pasa a la etapa de

almacenamiento, esta etapa se caracteriza por ser un almacenamiento de alta densidad. (Ver diagrama

2.1)



24

Diagrama 2.1. Diagrama a bloques del proceso de manufactura de pernos Pull Dowel

2.2 MÁQUINAS HERRAMIENTAS EMPLEADAS EN LAS ETAPAS DE

BARRENADO Y MACHUELEADO.

Para poder automatizar las estaciones de trabajo y hacerlas trabajar de una forma integrada, se requiere

conocer la maquinaría en su estructura y funcionamiento para poder identificar todos los elementos

importantes para automatizar las áreas de interés.

Las operaciones de barrenado y machueleado se realizan con apoyo de dos máquinas herramientas

especificas para cada función; en cada máquina se sitúa un operador que tiene la función de suministrar

y retirar la pieza que se está trabajando, así como de revisar los estándares de calidad dispuestos en

cada etapa. El operador tiene el control de encendido y apagado de la máquina además de iniciar los

ciclos de operación en el momento que lo requiera.

La máquina que se emplea para el barrenado es un torno semiautomático hidroneumático hardinge

DSM1-A rápido tipo torreta, en la figura 2.2 se muestra el esquema dimensionado en pulgadas del

torno tipo torreta. La operación de machueleado se lleva a cavo en un taladro sensitivo de banco

IXION; el cual se muestra en la figura 2.3

Varilla



25

Figura 2.2. Esquema del torno tipo torreta.

Figura 2.3. Taladro sensitivo de banco IXION

2.2.1 Estudio del torno semiautomático hidroneumático hardinge DSM1-A tipo torreta.

El torno tipo torreta cuenta con un ciclo automático de operación que se ejecuta al momento de pulsar

el botón de inicio de ciclo. En el diagrama 2.2 se muestra el ciclo de operación del torno.



26

Diagrama 2.2 Diagrama de flujo del cíclo de operación del torno.

En el ciclo de operación del torno se emplean dos actuadores neumáticos de doble efecto uno para

mover la torreta y otro para mover la cuchilla del torno. Estos actuadores operan según la filosofía de

funcionamiento que tiene el arreglo de relés del torno.

Debido a los componentes de control que tiene el torno, su diseño y fabricación se concluye que no es

práctico realizar modificaciones en el mismo; ya que lo que se busca es automatizar acciones que no

son ejecutadas por la máquina si no por el operador de la misma sin embargo, es indispensable conocer

la forma de operar de la máquina y además de identificar los elementos que la constituyen.

Con fundamento en la operación del torno, se identifican 4 elementos principales, los cuales sirven de

referencia al momento de estudiar los problemas que se relacionan con el objetivo de este trabajo. Las

cuatro secciones del torno se detallan a continuación:

BOQUILLA.

CUCHILLA.

TORRETA.

PANEL DE MANDO (BOTONERA).

Inicio

Actúa cuchilla

Desplaza torreta

Fin

Retrae cuchilla

Giro de torreta

Regresa torreta



27

Boquilla: Como parte del torno se tiene el cabezal (ver figura 2.4) donde se encuentra la boquilla (a)

que cumple con la función de sujetar la pieza (Ver figura 2.5 a y 2.5 b), y hacerlo girar por medio de un

motor el cual pueden alcanzar velocidades de entre 250 a 4200 r.p.m.

Figura 2.5. Esquema con vista frontal y lateral del cabezal del torno a) boquilla.

Figura 2.5. a) Boquilla con perno asegurado b) Boquilla libre.

Debido a que se manufacturan pernos con una gran variedad de medidas, las boquillas que se emplean

para sujetar estas piezas tienen un diámetro mínimo y uno máximo de apertura con lo cual se reduce el

número de boquillas destinadas para el torno.

La apertura y cierre de de la boquilla es controlada por el operador mediante un estación de botones,

donde se tiene un botón de apertura de boquilla (BA) y uno para el cierre de boquilla (BC), además de

un botón de paro por emergencia (BPE) como se puede ver en la figura 2.6.

a b

a



28

Figura 2.6. Botonera para apertura y cierre de la boquilla y paro de emergencia.

Cuchilla: Como parte del torno se encuentra una cuchilla que tiene la finalidad de remover un exceso

en el cilindro que se va a barrenar (Ver figura 2.7), este exceso se genera por las características de

funcionamiento de la maquinaria de la etapa de seccionamiento, etapa anterior al barrenado. La acción

que ejecuta la cuchilla es de vital importancia ya que si no se llega a remover correctamente el exceso

en el cilindro, la broca puede desviar su punto de entrada en la pieza y perforarla de forma inadecuada.

Figura 2.7. Cuchilla

Torreta: La torreta tiene la función de posicionar la broca frente al centro del orificio de la boquilla

para poder barrenar la pieza; el torno cuenta con una torreta tipo revolver para posicionar la

herramienta habilitada en la posición de operación mediante un sistema hidráulico que forma parte de

la misma sección, el cual no se analiza debido a que no se realizan cambios en el funcionamiento de la

máquina (Ver figura 2.8 y 2.9)

BA

BC

BPE



29

Figura 2.8 1) Torreta tipo revolver. 2) sistema de control hidráulico.

Figura 2.9. Vista frontal de la torreta.

La torreta tiene la capacidad de portar 6 distintas herramientas; en el caso del proceso de barrenado se

utilizan 3 brocas de la medida adecuada para la dimensión del perno que se va a manufacturar, las

brocas se sitúan en la torreta de tal forma que se deja un espacio vacío en la torreta entre cada broca

colocada como se muestra en la figura 2.10.

2

1



30

Figura 2.10. Distribución de herramientas en la torreta

La forma de acomodar las brocas tiene la finalidad de evitar accidentes al operador al momento de

colocar y retirar la pieza que está en la boquilla, ya que debido a la proximidad que tiene la boquilla

con la torreta se crea una condición de riesgo para el operador y la máquina. En el caso del operador si

se colocan brocas en todas las localidades disponibles en la torreta el operador de la máquina no puede

retirar las piezas con agilidad y puede llegar a lesionarse (Ver figura 2.11). Además si se utilizan todas

las localidades de la torreta se crea un choque entre las brocas y la cuchilla.

Figura 2.11. Acceso libre al operador para retirar la pieza de la boquilla

La torreta esta posicionada de tal forma que

cada una de las brocas se alinea con el perno

que está sujeto por la boquilla que se

encuentra frente a la torreta por medio de un

giro del revólver.



31

Panel de mando: El torno tipo torreta cuenta con un panel de mando eléctrico conformado por una gran

cantidad de relés los cuales tienen una lógica de operación que proviene del mismo diseño de la

máquina, que es ejecutada por medio de un panel de botones (figura 2.12), este panel de mando

contiene botones y perillas que se utilizan para modificar algunas características de funcionamiento de

la máquina, ya sea para su mantenimiento, operación o calibración.

Figura 2.12 Descripción de los botones del panel de mando eléctrico

Para poder operar la máquina se necesitan 4 botones, que son el botón de arranque maestro que tiene la

función de energizar y activar todos los elementos del torno, el botón de paro maestro para detener por

completo la máquina; el botón de comienzo de ciclo para que el torno efectúe el ciclo de operación

presentado en el diagrama 2.1, además del botón para detener el ciclo el cual funge como botón de

emergencia deteniendo el proceso sin apagar la máquina.

Arranque maestro

Boquilla

Desahogo interno

Luz piloto coronilla abierta

Comenzar ciclo

Husillo

Torreta

Reanudar cíclo

Perillas

Paro maestro

Arranque maestro

Detener cíclo

Refrigerante

Mantener avance

Freno



32

El resto de botones y perillas se utilizan cuando se tiene que ajustar algún parámetro de la máquina que

sea necesario para alguna operación en específico con características distintas a la operación anterior.

Con fundamento en la descripción y estudio hecho al torno tipo torreta se puede concluir:

Hacer alguna modificación a la estructura física del torno no apoya al objetivo de este trabajo,

por lo cual no es una opción para sustentar la automatización entre esta máquina y el taladro.

El sistema de control que tiene el torno a base de contactos relevadores, hace complejo el

utilizar los mismos elementos para en una automatización nueva, ya que los relevadores están

limitados a no poder expandir su alcance en su lógica de operación, si no se conectan mas

relevadores que se destinen para ello. Lo que puede repercutir en mucho espacio para

desarrollar esta expansión.

Por último se observa que la secuencia de operación en la máquina no requiere cambios en su

forma esencial.

2.2.2 Estudio del taladro sensitivo de banco IXION

El taladro sensitivo de banco semiautomático IXION pertenece a la familia de las taladradoras

sensitivas de columna modelo de banco. Este taladro tiene como partes principales las enunciadas a

continuación (Ver figura 2.13)

Motor

Base

Columna

Caja de engranajes

Eje

Cabeza

Husillo

Mesa

Rueda piloto de dos brazos



33

Figura 2.13. Esquema de las partes principales del taladro sensitivo de banco IXION

El taladro también cuenta con un funcionamiento automático para realizar el machuelo en el perno, el

en diagrama 2.3 se muestra el diagrama de flujo de operación del taladro. Dicho funcionamiento no se

propone modificarlo debido a que cumple correctamente la función y objetivo del trabajo.

Diagrama 2.3 Diagrama de flujo del ciclo de operación del taladro.

MOTOR

BASE

COLUMNA

CAJA DE ENGRANAJES

EJE

CABEZA

HUSILLO

DE BROCA

MESA

RUEDA

PILOTO

DE DOS

BRAZOS

Inicio

Baja eje con husillo

Fin

Realizar machuelo

Sube eje con husillo



34

Husillo: Está equipado con un agujero cónico para recibir el extremo cónico de las brocas, dicho

husillo se aprecia en la figura 2.14.

Figura 2.14. Husillo de la broca del taladro sensitivo de banco

Cabeza: Es la parte de la máquina que aloja la caja de velocidades y el mecanismo de avance del

husillo. El cabezal porta brocas que se desliza hacia abajo actuando con unas palancas que activan un

mecanismo de piñón cremallera desplazando toda la carrera que tenga el taladro, el retroceso del

cabezal es automático cuando cede la presión sobre el mismo. (Ver figura 2.15)

Figura 2.15. Cabezal porta brocas que ejecuta el machueleado.

HUSILLO

DE MACHUELO

CABEZA



35

Botón de

paro general

El taladro IXION consta, en el lado izquierdo del cabezal, de un botón de paro general del taladro

como se muestra en la figura 2.16, esto para parar la máquina manualmente si ocurre algún problema.

Figura 2.16. Botòn de paro del taladro sensitivo de banco IXION

El avance del taladro se ajusta al tipo de tornillo (ver figura 2.17), para el paso del machuelo, el cual es

instalado en la caja de engranajes, este tornillo se cambia cada que se fabrica un lote nuevo.

Figura 2.17. Tornillos que indican el paso del machuelo

Al taladro se le pueden instalar machuelos de diferentes dimensiones debido a que se maneja una gama

de 61 pernos (el machuelo se puede identificar en la Figura 2.18). Además en la base consta de una

boquilla en la cual se va a colocar la pieza a machuelear.



36

Figura 2.18. Machuelo y boquilla del taladro sensitivo de Banco

La pieza colocada en la boquilla es lubricada mediante una manguera con agua y una solución (aceite

de corte) como se presenta en la figura 2.19; esto para prolongar la vida útil del machuelo y facilitar

dicha operación.

Figura 2.19. Accesorios instalados en la base del Taladro sensitivo de Banco

Machuelo

Boquilla

Manguera con

aceite de corte



37

El taladro inicia el machuelo una vez que se presiona el botón del lado derecho que se muestra en la

figura 2.20. El botón que se encuentra del lado izquierdo tiene la función de abrir y cerrar la boquilla

para colocar y retirar una pieza.

Figura 2.20. Botones para iniciar machueleado y para abrir y cerrar la boquilla

La información presentada en este capítulo “Descripción del proceso” da un conocimiento más amplio

sobre el desarrollo del proceso de manufactura de pernos Pull Dowel, así como de las características de

cada una de las máquinas involucradas en el proceso y de igual manera se presentan las características

de las operaciones que se realizan en cada estación. Por ello conocer como se lleva a cabo permite estar

en la posición de identificar las problemáticas y plantear la solución más adecuada a estas con el fin de

lograr los objetivos planteados para la automatización, lo que permite el desarrollo del capítulo III del

presente trabajo, donde se atacan los aspectos ya antes mencionados.

Botón de inicio de

machueleado

Botón para abrir y

cerrar la boquilla

CAPÍTULO III

DESARROLLO DE INGENIERÍA

El presente capítulo se desarrolla por medio de una metodología donde como primer

punto se explican los diversos factores que influyen en la problemáticas existente en las

estaciones de barrenado y machueleado, esto en base a la problemática descrita por la

misma empresa, la filosofía de funcionamiento y el estudio de las operaciones realizadas

por medio de un bosquejo de tiempos y movimientos, lo que permite visualizar

problemas, para que en base en ello se presente la solución, así como la delimitación del

área de trabajo de cada estación de trabajo , e identificación de subetapas para la

selección del equipo de cada una de ellas en base a comparaciones realizadas y criterios

que proporciona el proveedor; para después seleccionar el controlador a utilizar e

identificar su ubicación en base a la distribución de las máquinas, considerando el recurso

destinado para dicho trabajo. Dicha solución se verifica por medio de una simulación para

aseverar el correcto funcionamiento de la lógica del proceso y obtener el producto de una

mayor calidad, con reducción de costos, seguridad para el operador, el proceso y

producto, y poder aumentar la producción.



39

3.1 IDENTIFICACIÓN DEL PROBLEMA

Conocer concretamente los factores que afectan directamente el proceso, es la base de toda

automatización ya que sobre ello se decide el tipo de tecnología que es más conveniente aplicar, y

evaluar con su respectivo beneficio, por ello se solicita a la empresa que externen los problemas que

ellos perciben y que desean eliminar, además se describe la filosofía de funcionamiento que se tiene en

la empresa, para poder desarrollar un diagrama de tiempos y diagrama de causa-efecto para identificar

cuáles son las causas de las problemáticas.

3.1.1 Problemática actual descrita por la empresa

La empresa ICSA expone sus problemáticas de las etapas de barrenado y machueleado basándose en la

observación de los supervisores de piso, los cuales asocian las ineficiencias del proceso en estas etapas

con la operación manual de las máquinas de dichas etapas, a la distribución de la maquinaria en su área

de trabajo; lo que se ve reflejado en los tiempo de producción con los que se cuentan, volumen de

producción y la cantidad de personal asignado para operar las maquinas.

3.1.2 Filosofía de funcionamiento actual de la estación de barrenado y machueleado

La etapa de barrenado de pernos tipo Pull Dowel comienza con la selección de la medida de longitud y

diámetro del cilindro metálico a trabajar, el cual en un extremo tiene un pequeño punto que surge de la

etapa anterior donde se corta varilla. Posteriormente el operador coloca la broca necesaria en la torreta

para realizar el barreno en el cilindro, de igual manera se coloca la boquilla adecuada para la medida de

la pieza, una vez colocadas estas dos piezas el operario se coloca en posición para comenzar la

operación.

El operador enciende del torno e introduce una pieza a la boquilla la cual empieza a girar una vez que

se energiza el torno; en este punto, el operador debe abrir el diámetro de sujeción de la boquilla, por

medio de una estación de botones, e introducir en sincronía la pieza de tal forma que el punto quede

fuera de la boquilla teniendo presente que la boquilla puede variar su velocidad entre las 250 y 4200

rpm.

Una vez colocada la pieza en la boquilla, inmediatamente se presiona el botón para cerrar y sujetar la

pieza. Se oprime el botón para iniciar el barrenado , lo que acciona una cuchilla, la cual va a eliminar el

punto que se encuentra en el extremo central del cilindro y de esta manera evitar que la broca se desvié



40

y el barrenado sea incorrecto o se dañe la broca; al momento de expulsarse la cuchilla la torreta gira

60º para colocar a la broca en posición; cuando la cuchilla se retare a la posición inicial, se gira la

torreta 60° permitiendo que la broca realice el barreno, cuando la broca regresa a su posición, la torreta

gira 60° para permitir que se coloque otra pieza. El centro de la boquilla siempre se está lubricando con

solvente de corte directo para facilitar la operación.

Al término del barrenado el operador debe volver a abrir la boquilla por medio de la botonera, retirar el

perno e inmediatamente colocar otra pieza en la boquilla y cerrarla para seguir el ciclo del barrenado;

la pieza barrenada se hace deslizar por un chute hasta donde se acumulan los pernos. El sistema solo se

detiene si se oprime el botón de paro general de la máquina.

Después de que todas las piezas requeridas están barrenadas, el operario coloca el lote de piezas en un

contenedor y las traslada caminando hacia la estación de machueleado para realizar la siguiente etapa;

en esta estación también se coloca la boquilla adecuada para las dimensiones de la pieza y un tornillo

ubicada en el cabezal para indicar el paso del machueleado.

El operador enciende el taladro sensitivo de banco IXION y toma la pieza para verificar que el

barrenado este realizado correctamente, si es así, abre la boquilla y coloca el perno en ella de tal forma

que el barreno quede en posición adecuada para que el machuelo entre sin problema en el barreno, para

ello la máquina se lubrica con agua y solución (aceite de corte) en la boquilla. Se oprime el botón para

que el taladro baje y realice el machueleado de forma automática, cuando el taladro termina el

machuelo, el operario presiona el botón de abrir la boquilla para retirar la pieza y colocar la siguiente.

Las piezas barrenadas y machueleadas se colocan en otro contenedor para pasar a la siguiente etapa de

tratamiento térmico. El accionamiento del taladro está gobernado por una rutina, y solo se detiene si se

oprime el botón de paro general de la máquina.

3.1.3 Desarrollo del bosquejo de tiempos y movimientos

Para identificar las condiciones operativas en las que se encuentran los procesos de barrenado y

machueleado, se desarrolla un diagrama de flujo de proceso correspondiente a las etapas de barrenado

y machueleado, ver tabla 3.1.



41

Tabla 3.1. Diagrama de flujo de proceso

OBJETIVO DEL DIAGRAMA. Perno machueleado DIAGRAMA NO. 1

DIAGRAMA DEL MÉTODO Actual

EL DIAGRAMA EMPIEZA EN Almacén de la estación de

corte

ELABORADO POR Enrique Castro R. EL DIAGRAMA TERMINA EN Almacén de la estación de machueleado

DISTANCIA EN m.

TIEMPO min.

SÍMBOLOS DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DISTANCIA EN m.

TIEMPO min.

SÍMBOLOS DESCRIPCIÓN DEL PROCESO

En almacén de estación de corte hasta que se haga requisición

11.95 0.14

Varilla cortada a torno revolver en estación de barrenado

0.5

Sacar los cilindros y almacenarlos en anaquel cerca de la maquina

5

Esperar a que la operación empiece

1.428

Barrenar con el torno revolver

20

Esperar al encargado de llevar el material entre estaciones

0.1

Cargar el cilindro al carro

8.05 0.096

Cilindro barrenado a taladro en estación de machueleado

5

Esperar a que la operación empiece

0.25

Machuelear con el taladro e inspeccionar machuelo realizado

1 0.011

Cilindro machueleado a contenedor

Almacenamiento hasta requisición

Como resultado del diagrama de flujo de proceso se puede construir la tabla de resumen (tabla 3.2), en

la cual se plasman los tiempos de de cada operación del proceso además de las distancias recorridas y

se contabilizan cada uno de los tipos de actividades que se involucran en el proceso.



42

Tabla 3.2. Resumen del diagrama de flujo de proceso

RESUMEN

EVENTO NUMERO TIEMPO DISTANCIA

OPERACIONES 3 2.078 minutos

ACTIVIDADES COMBINADAS

1 0.25 minutos

TRANSPORTES 3 0.247 minutos 21 metros

ALMACENAMIENTOS 2 indeterminado

RETRASOS 3 30 minutos

Un aspecto notable que se observa en la tabla de resumen, es que la mayoría del tiempo empleado en el

proceso de barrenado y machueleado son retrasos con 30 minutos contabilizados, de los 30 minutos de

retrasos que se tienen 20 minutos son provocados por esperar al encargado del transporte de material,

aunado a este tiempo se suma el trasporte entre las máquinas. En este punto se puede concluir que una

de las causantes principales de los retrasos es la distribución de la maquinaria por operaciones que se

tiene actual mente ICSA, debido a que se tiene que asignar un encargado para el transporte del material

y de esto se deriva el retraso.

Continuando con la identificación de las condiciones de trabajo, se decide realizar un diagrama de flujo

operativo para las estaciones de barrenado y machueleado lo cual permite observar directamente las

actividades y tiempos del operario en la interacción hombre-máquina y de esta manera identificar los

tiempos en los cuales se pueden presentar oportunidades de realizar dos actividades conjuntas y que no

se realizan. En la tabla 3.3 se muestra el diagrama de flujo operativo de la estación de barrenado y en la

tabla 3.4 se muestra el diagrama de flujo operativo para el machueleado.



43

Tabla 3.3. Diagrama de flujo operativo del barrenado

OPERACIÓN BARRENADO DE

CILINDRO

PAG. 1 DE 1 MÉTODO ACTUAL X MÉTODO PROPUESTO

FECHA. 10 Nov.

UBICACIÓN Estado de México.

Por. Enrique Castro R.

RESUMEN OPERACIÓN OPERACIÓN CREAR UN REGISTRO

OPERACIÓN AGREGAR

INFORMACIÓN TRANSPORTE ALMACENAJE RETARDO

CANTIDAD TOTAL

8 1 1

DISTRIBUCIÓN TOTAL

0 m

TIEMPO TOTAL 1.179 minutos 0.033 min 0.233 min

EVENTO SÍMBOLO DE EVENTO TIEMPO

(min) DISTANCIA

(mm)

RECOMENDACIÓN DE MÉTODO

Encender el torno

1

Tomar un cilindro en la posición correcta del contenedor

0.033

Abrir la boquilla del torno

0.015

Colocar el perno en la boquilla del torno y cerrar boquilla

0.050

Accionar el ciclo del torno 0.033

Esperar mientras el torno esta en operación

0.233

Abrir la boquilla del torno 0.015

Retirar perno barrenado

0.033

Colocar perno en contenedor de pernos barrenados

0.033



44

Tabla 3.4. Diagrama de flujo operativo del machueleado

OPERACIÓN MACHUELEADO DE CILINDRO

PAG. 1 DE 1 MÉTODO ACTUAL X MÉTODO PROPUESTO

FECHA. 11 Nov.

UBICACIÓN Estado de México.

Por. Enrique Castro R.

RESUMEN OPERACIÓN OPERACIÓN CREAR UN REGISTRO

OPERACIÓN AGREGAR

INFORMACIÓN TRANSPORTE ALMACENAJE RETARDO

CANTIDAD TOTAL 8

1 1

DISTRIBUCIÓN TOTAL

TIEMPO TOTAL 1.179 min.

0.033 min 0.050 min

EVENTO SÍMBOLO DE EVENTO TIEMPO

(min) DISTANCIA

(mm)

RECOMENDACIÓN DE MÉTODO

Encender el taladro

1

Tomar un cilindro en la posición correcta del contenedor

0.033

Abrir la boquilla del taladro

0.015

Colocar el perno en la boquilla del taladro y cerrar boquilla

0.050

Accionar el ciclo del taladro 0.033

Esperar mientras el taladro esta en operación

0.050

Abrir la boquilla del taladro

0.015

Retirar perno machueleado

0.033

Colocar perno en contenedor de pernos machueleados

0.033

Los diagramas de flujo operativos presentados muestran que entre cada operación existe un

almacenamiento de la pieza terminada antes de que pase a la siguiente etapa del proceso, asiendo

referencia al diagrama de flujo de proceso se puede observar que la causa de que entre estación y



45

estación se deba de almacenar es el retraso que presenta para el traslado de material entre estaciones, lo

cual es un punto a considerar en la automatización.

Acoplar y automatizar las estaciones de trabajo disminuye el tiempo de traslado lo que aumenta la

cantidad de pernos producidos por horas de trabajo, lo que incrementa la producción de pernos de la

empresa ICSA.

3.1.4 Desarrollo de diagrama causa-efecto

El diagrama de causa efecto fue desarrollado por el japonés Kaouru Ishikawa a mediados de los años

50’s, como una herramienta para identificar, clasificar y poner de manifiesto posibles causas, tanto de

problemas específicos como de características de calidad. El diagrama permite, en una fase de análisis,

resumir gráficamente todas las relaciones entre las causas y efectos de un proceso [14].

Con base en la filosofía de funcionamiento actual del proceso de las etapas de barrenado, machueleado

y la problemática descrita por los supervisores de la empresa ICSA, se desarrolla el diagrama de causa-

efecto, también llamado diagrama de pescado (Figura 3.1), para poder detectar específicamente los

problemas que generan que la empresa ICSA no pueda atender un mayor sector del mercado.

Por lo tanto para el diagrama se identifican 4 principales causas que generan una productividad

limitada; estas son: Operador, Producción, Método y Maquinaria, debido a que las etapas tiene una

operación manual. Se identifica al operador como una causa primaria ya que en la fabricación de

pernos, influyen las habilidades del operario, su responsabilidad, empeño y entendimiento para

producir un mayor número de lotes sin desperdiciar material en jornadas laborales, además de que la

mano de obra es la encarda de poner en marcha toda la operación de inicio a fin.

La segunda causa primaria se presenta como Producción enfocado aquellas causas que la afectan

directamente como los tiempos muertos del proceso, reelaboración de piezas, capacidad y la forma de

operar entre las dos estaciones de trabajo. A parte de esas dos causas, el método se toma como causa

primaria porque se lleva a cabo de forma manual (operario) y semiautomática (maquinaría), las cuales

conjuntamente le permiten a dicha empresa participar en el mercado, más no tener una mayor presencia

en él.



46

La última causa principal desarrollada en el figura 3.1 es la maquinaria aunque no se modifica la parte

mecánica del diseño de las máquinas empleadas en las etapas pero ayuda a identificar que mecanismo

aumenta la producción.

Figura 3.1. Esquema del desarrollo del diagrama de causa-efecto

Basado en la figura 3.1 donde se presenta el esquema del diagrama causa-efecto, los problemas que se

pueden eliminar o disminuir automatizando las estaciones de barrenado y machueleado, al cambiar la



47

operación manual por una operación automática se respalda en el siguiente análisis de las causas:

Accidentes: Son provocados por la falta de atención del operador y la mala operación de la

máquina.

Piezas tiradas: Durante el barrenado y machueleado es muy común que el operador suelte las

piezas sin haberlas colocado o retirado de la boquilla, debido a que siempre se está lubricando

con agua y aceite de corte, lo que dificulta el fácil manejo de la pieza.

Desperdicio: Cuando el operador introduce de una manera incorrecta la pieza en la boquilla del

torno para realizar el barrenado, este no se realiza correctamente, pero esto se verifica en la

etapa de machueleado, ya que al revisar el barreno y este no llega a ser el correcto la pieza se

desecha y se solicita una extra. Pero si a la estación de machueleado llega la pieza bien

barrenada y se coloca mal en la boquilla del taladro se realiza un mal machueleado que puede

dañar al machuelo.

Averiar máquina: Cuando no se tiene la capacitación, el conocimiento suficiente o la

experiencia necesaria por parte del operador, él puede averiar la maquinaría al cambiar

parámetros para la fabricación de los pernos sin tener pleno conocimiento de ello, como por

ejemplo variar velocidad de la torreta ya que esta se puede ajustar manualmente.

Operación de la máquina: Aunque no es muy compleja la operación de la maquinaria

empleada, y se realiza regularmente bien de manera manual, esta se puede facilitar a un más y

sin exponer a dicho operador.

Cansancio: Este factor solamente lo presenta el trabajador provocando tiempos muertos.

Otra causa plasmada en la figura 3.1 es la producción, enfocada a que no hace referencia a los factores

que afectan la cantidad de pernos producidos, causas que se analizan a continuación.

Piezas mal elaboradas: Cuando el lote solicitado no es muy grande, existe la oportunidad de

que se fabrique un lote más, pero como prácticamente siempre se debe de hacer un excedente

de piezas por un mal barrenado o machueleado, entonces la oportunidad se ve limitada.

Tiempos muertos: El traslado de las piezas barrenadas a la estación de machueleado es un

tiempo que se puede reducir al trasladarlas por un medio de transporte; este tiempo se

incrementa cuando el operador tira piezas dentro de las máquinas y cuando se elaboran piezas

extras.



48

Capacidad de producción de las máquinas: Las máquinas pueden fabricar más pernos de los

que actualmente se elaboran en una jornada de trabajo sin necesidad de cambiar partes

mecánicas o diseño de la misma.

Operación manual: Esta causa se toma mucho en la causa operador, donde en ella se explican

todos los problemas que esta operación provoca al proceso.

En el método no se busca cambiar el procedimiento de fabricación del perno en las etapas, se busca los

problemas que trae la operación manual:

Distribución de áreas: Como se presenta en el anexo A, las máquinas están distribuidas de tal

forma que el barrenado se hace en una área separada a la del machueleado lo que implica

tiempos muertos en el traslado.

Etapas de fabricación: La cantidad de pernos elaborados se limita porque el barrenado y

machueleado se hace en etapas separadas.

Con referencia a la maquinaría, como ya se mencionó no se va a modificar el diseño, ya que solo se ve

limitada por:

Distancia

Vida útil

Mala operación

Las causas anteriores no son debido a errores de fabricación ya que esos puntos recaen en los

explicados anteriormente y se solucionan reubicando las máquinas acopladas entre ellas con un sistema

de manipulación por medio de actuadores para sustituir al operador y aumentar la producción de pernos

tipo Pull Dowel. Como conclusión del estudio del diagrama de causa-efecto, muchos de los limitantes

presentes en el proceso del barrenado y machueleado son debido a la operación manual de las

máquinas, la distancia entre ellas y el tiempo de fabricación, aspectos que se disminuyen con una

automatización de dichas estaciones permitiendo una mayor productividad.



49

3.2 PLANTEAMIENTO DE LA SOLUCIÓN

La propuesta que se presenta está enfocada a la solución de las limitantes identificadas en el estudio del

diagrama causa efecto y el desarrollo de método, tiempos y movimientos, donde los puntos

identificados son la distancia entre las máquinas, la operación manual y los tiempos de fabricación

1. Distancia entre máquinas

Para dar solución a la limitante de la distancia entre las máquinas, que clasifica al proceso como uno

por lotes entre las dos máquinas de estudio ya que no hay una transferencia fluida de material. Para ello

se realiza una redistribución de estas acercándolas en base al desarrollo de tiempos y movimientos,

además de colocar un sistema de manipulación de material entre ellas. Debido a que las dimensiones

del área de trabajo son suficientemente amplias para ello, distribución que se analiza más adelante.

2. Operación manual de las máquinas.

La operación manual del torno puede ser identificada por cuatro acciones:

2.1 Colocar perno en la boquilla.

Esta acción involucra llevar el perno desde el contenedor donde se encuentra, hasta introducirlo en la

boquilla como se muestra en la figura 3.2.

Figura 3.2. Trayectoria del perno a la boquilla

Contenedor



50

2.2 Retirar perno de la boquilla.

Retirar el perno marca el término del proceso de barrenado, sin embrago como se soluciona la limitante

de la distancia entre máquinas, estas deben colocarse de tal forma que el traslado entre las máquinas no

sea tan prolongado, por lo cual después de retirar el perno de la boquilla del torno, se pasa directamente

a la boquilla del taladro.

2.3 Abrir y cerrar boquilla.

La apertura y cierre de la boquilla se lleva a cabo mediante una estación de botones, la cual es

sustituida por un relé activado mediante un controlador lógico programable.

2.4 Reiniciar ciclo.

Para reiniciar el ciclo de operación se conecta otro relé en sustitución del botón de reiniciar ciclo.

3 Tiempos de fabricación.

El tiempo de fabricación da como resultado de las dos limitantes anteriores debidas a la operación

manual sin embargo el sustituir los elementos inconsistentes, no asegura una reducción en los tiempos

de producción de estas etapas. Por lo anterior los elementos que se seleccionen para sustituir las

operaciones descritas en los dos puntos anteriores deben de ser capaces de operar a una velocidad

mayor a la que se opera actualmente.

Con lo anterior se concluye que se debe de instalar un sistema de manipulación por medio de

actuadores para poder colocar, trasladar y retirar el perno de cada una de las máquinas, tal sistema será

controlado por un PLC para dar inicio y paro de los cíclos de operación para fabricar cada perno.

3.3 SELECCIÓN DE EQUIPO

Con base en las condiciones de operación que se analizaron en la identificación de las problemáticas se

detalla el análisis de las opciones más viables de para solucionar dichas problemáticas y se propone

una solución para cada una de ellas, de igual manera se hace la selección del controlador más adecuado

para el conjunto de elementos que se van a emplear para automatizar las estación de manufactura.



51

3.3.1 Delimitación del área de trabajo

La selección del equipo que se va a emplear en la automatización depende en gran parte del espacio

que se tiene disponible para hacer su montaje y ejecutar sus recorridos con el mínimo de obstáculos en

su trayectoria, con lo cual se reduce la complejidad y el costo de los sistemas que se seleccionan, por

esta razón se analiza el espacio disponible más idóneo para el montaje y accionamiento de los sistemas

de manipulación en cada una de las máquinas. Para el análisis del área de trabajo disponible en las

máquinas se toman en cuenta los siguientes factores:

a) Trayectorias de los elementos móviles de la máquina (torno y taladro)

b) Elementos desmontables de la máquina.

c) Elementos fijos de la máquina.

3.3.1.1 Delimitación del área de trabajo en el torno

Partiendo de los factores que se establecieron para el análisis del área de trabajo, se realiza el análisis

para determinar el área idónea disponible en el mismo, para el correcto montaje y operación de los

sistemas de manipulación por medio de trayectorias propuestas

a) Trayectorias de los elementos móviles del torno.

La operación del torno comprende dos movimientos que describen trayectorias lineales y un

movimiento que obedece a una trayectoria rotacional, los primeros dos movimiento corresponden al

desplazamiento de la torreta (X) al momento de hacer el barreno y al movimiento que hace la cuchilla

(Y) para retirar el punto excedente en el perno ver figura 3.3. La trayectoria rotativa se presenta sobre

la boquilla sin sufrir desplazamiento longitudinal, ya que solo rota sobre su eje por lo cual no presenta

algún inconveniente para las trayectorias que se van a trazar.



52

Figura 3.3. Trayectorias de los elementos móviles.

Para comenzar a descartar áreas, se hace referencia a la figura 3.3 en la cual se observa que el área de

los elementos móviles señalizadas con rectángulos en color azul, son áreas por la cuales no puede

cruzar la trayectoria de los sistema de manipulación que se proponen, lo cual hace que el área

encerrada en la figura 3.4 sea descartada para el montaje y accionamiento de los sistemas de

manipulación, ya que se bloquea el paso de la trayectoria hacia la boquilla.

Figura 3.4. Áreas descartadas para el montaje y accionamiento de los sistemas de manipulación.

X

Y



53

b) Elementos desmontables del torno.

La ubicación de los elementos desmontables que se encuentran en el torno no es critica ya que la

máquina tienen cierta flexibilidad en su montaje y no afecta en su operación, en la figura 3.5 se señala

el elemento desmontable que en este caso es un cilindro hidráulico que sirve de soporte para la

manguera que suministra la solución de corte a los herramentales del torno.

Figura 3.5. Cuchilla desmontable.

Como se puede notar en la figura 3.6 se tiene un área ocupada por las mangueras de suministro

hidráulico (área de color rojo), a pesar de que estas mangueras pueden ser desmontadas junto con el

actuador hidráulico sin embargo esto no hace que se considere como un área libre. Se toma el mismo

criterio de las trayectorias sin obstáculos y se observa que la cuchilla representa un obstáculo si se

plantea una trayectoria desde el área en donde se encuentran las mangueras de suministro hidráulico

Figura 3.6. Área de mangueras de suministro hidráulico no apta para el sistema de manipulación



54

Para aprovechar el espacio del que se puede disponer se realiza el retiro del actuador hidráulico junto

con sus mangueras de suministro, con lo cual se eliminan posibles obstáculos y se amplía el área

disponible para trabajar.

c) Elementos fijos de la máquina.

Los elementos fijos en la máquina, dependiendo el caso, son buenos elementos para cumplir la función

de una bancada en donde se pueden fijar los elementos del sistema de manipulación, ya que nos da una

referencia para definir las dimensiones y accionamientos del arreglo de actuadores. En la figura 3.7 se

indican los elementos fijos del torno.

Figura 3.7. Elementos fijos del torno.

Como se representa en la figura 3.7 los elementos fijos en el torno son, la base del torno y la carcasa

del shock del torno. Sin embargo la base del torno no es un área apta para el montaje del sistema de

manipulación. Tomando en consideración los criterios analizados, el área seleccionada para el torno se

representa en los rectángulos azules de la figura 3.8.

Figura 3.8. Área destinada para el sistema de manipulación.



55

3.3.1.2 Delimitación del área de trabajo en el taladro

La delimitación del área en el taladro va a permitir trazar la trayectoria de traslado entre el torno y el

taladro. Para realizar la delimitación se toman como base los criterios utilizados con el torno.

a) Trayectorias de los elementos móviles de taladro.

El taladro realiza dos movimientos en su funcionamiento, el primer movimiento corresponde en el eje

vertical para machuelear el perno sujeto en la boquilla (en la figura 3.9 se representa el movimiento del

eje A), el segundo movimiento corresponde a la rueda piloto de acción que rota al mismo tiempo en

que el eje recorre su trayectoria.

Figura 3.9. Movimientos en el funcionamiento del taladro

b) Elementos desmontables del taladro.

Analizando el funcionamiento y la estructura del taladro, no se presenta ningún elemento que pueda ser

desmontado sin que afecte el correcto funcionamiento de la máquina, por lo cual se descarta la opción

de retirar algún elemento del torno para evitar obstáculos en la trayectoria del sistema de manipulación.

c) Elementos fijos del taladro.

Los elementos fijos del torno son la caja de engranes, la columna, la base del taladro y la boquilla,

ubicando el espacio que ocupan estos elementos se puede definir el área a delimitar como de trabajo,

en la figura 3.10 se muestran los espacios disponibles para que el sistema de manipulación actúe.

A

B



56

Figura3.10. Área de trabajo disponible en el torno.

Se observa que el espacio disponible en el torno es muy reducido para realizar el montaje de

elementos, sin embrago se puede realizar la manipulación montando los actuadores en una estructura

externa, tomando como referencia la figura 3.10 se observa que el área A es la mejor opción para

manipular el perno e introducirlo a la boquilla, ya que el espacio tiene menos obstrucciones. Para

identificar los componentes son los más idóneos a utilizar, dentro de las etapas de barrenado y

machueleado, se identifican tres subetapas con las cuales se puede llevar a cabo la automatización.

1.- Subetapa de suministro

2.- Subetapa de posicionamiento

3.- Subetapa de traslado y retiro.

3.3.2 Subetapa de suministro

Como resultado del estudio del diagrama causa-efecto, se decide sustituir al operador por un sistema

que suministre de materia prima al proceso; este será un dosificador de pernos, el cual se selecciona,

con base en las siguientes premisas:

El mecanismo debe de ser capaz de colocar el perno de forma horizontal.

El mecanismo debe de poder operar con las siguientes características del perno:

A

B



57

Geometría del perno.

La forma geométrica del perno asemeja una figura cilíndrica, una forma regular, lo cual es una

ventaja para poder manipular los pernos (ver figura 3.11).

Figura 3.11. Perno con forma cilíndrica.

Variedad de dimensiones del perno.

Como se mencionó en la sección 2.1 Proceso de manufactura de pernos tipo Pull Dowel, la gama de

medidas de los pernos que se manufacturan es de alrededor de 61 diferentes medidas de perno tomando

en cuenta la relación longitud-diámetro. Esta diversidad de medidas es una complejidad en el proceso

de automatización ya que el sistema debe de ser adaptable. Como resultado del estudio se concluye que

no existe un mecanismo especializado que pueda adaptarse a este proceso, debido a la cantidad de

medidas de pernos.

Por lo cual se emplea una rampa para el suministro de pernos como la de la reperfiladora de la empresa

ICSA, esta rampa está hecha con un ángulo de fierro como la que se muestra en la figura 3.12, por la

cual se deslizan los pernos por acción de la gravedad.

Figura 3.12. Rampa de suministro para la reperfiladora.



58

El espacio disponible a para ubicar el dosificador en base a la delimitación del área de trabajo del

torno, se encuentra a la altura del torno, este se va a colocar de forma transversal, en la figura 3.13 se

muestra el espacio seleccionado para colocar el dosificador.

Figura 3.13. Ubicación seleccionada para el dosificador.

Tomando como referencia la rampa de la figura 3.13, se realiza un dosificador con mayor capacidad de

suministro de pernos esto se logra colocando más rampas en paralelo. Ya con el área seleccionada para

el dosificador se realiza el cálculo del número de rampas en paralelo que van a conformar el

dosificador. A continuación se muestran las dimensiones del área designada (figura 3.14), las

dimensiones de la rampa y el cálculo del número de rampas.

Figura 3.14. Dimensiones del área seleccionada con referencia al motor.

Para evitar choques mecánicos y por cuestiones de practicidad, las salidas del dosificador se orientan

hacia el costado del motor del torno ver figura 3.14, lo cual nos da referencia de la distancia

longitudinal sobre la cual se va a distribuir el dosificador

400 mm

270 mm



59

En base a las dimensiones de la rampa y del área designada, se procede a hacer el cálculo del total de

rampas que constituirán el dosificador, también se muestra el cálculo para obtener el total de pernos

que se pueden montar en el dosificador.

Datos:

Longitud sobre la que se va a montar el dosificador: A=250 mm.

Ancho de la rampa: B=25 mm.

Separación entre rampas: B’= 15 mm.

Número de rampas totales: C.

Se aplica la siguiente relación para obtener el número de rampas totales.

El total de rampas que se van a colocar en paralelo para conformar el dosificador es 10, con lo cual se

tiene el arreglo de la estructura del dosificador como se puede ver en la figura 3.15. (Para más detalle

ver anexo B)

Figura 3.15. Estructura del dosificador

Para establecer la longitud de la sección inclinada del dosificador, se toma como base el perno de

mayor longitud el cual es de 160 mm de longitud, que se debe colocar en las rampas, ya que la cantidad

de rampas no puede ser modificada, se debe cuidar el no modificar la configuración original de los

soportes de las rampas.



60

Datos:

Longitud original de la rampa: D= 800 mm.

Longitud del perno más largo: E= 160 mm.

Número de rampas: C= 8.

Número de pernos largos totales: F.

Para obtener el número de pernos totales con la longitud más larga, que se pueden colocar en el

dosificador se aplica la siguiente relación:

Respetando la longitud original de la rampa se tiene una capacidad de 40 pernos de una longitud de

160 mm, con lo cual es necesario hacer 8 recargas para terminar un lote de 300 piezas con esta

característica. Para aumentar la capacidad del dosificador y disminuir el número de recargas, se

propone aumentar 200 mm la longitud de la rampa. Realizando nuevamente el cálculo con los nuevos

valores se tiene:

Con este cambio se logra aumentar la capacidad de 40 a 50 pernos y se disminuye el total de recargas

de 8 a 6 para un lote de 300 piezas con una longitud de 160 mm. Este cambio no modifica la estructura

de las bases.

A causa de que las dimensiones de los pernos son muy variadas tanto en longitud como en diámetro se

presenta la condición que se muestra en la figura 3.16. La cual consiste en que al colocar dos pernos de

diferente diámetro sobre un plano como lo es en este caso las rampas, los centros de los pernos no

están alineados con respecto a la vertical.

Figura 3.16. Condición de centros.

El hecho de que los centros de los pernos no estén alineados con respecto a la vertical provoca que no

sea posible trazar solo una trayectoria para el actuador, ya que el punto inicial y final no son el mismo

para todos pernos, como se muestra en la figura 3.17.



61

Figura 3.17. Trayectorias distintas para cada diámetro.

Para alinear las trayectorias de los pernos, el dosificador debe moverse sobre la vertical, con esta

premisa se marcan los parámetros con los cuales debe cumplir el mecanismo que se seleccione:

Peso de la carga. El peso de la carga corresponde al peso del dosificador cargado con pernos,

para esto se consideran los pernos que representen mayor carga, se toma en cuenta el peso de

las bases sobre las que se soporta el dosificador.

Carrera de acción. La carrera de acción está dada por la distancia entre el centro del perno de

menor diámetro y el perno de mayor diámetro, al momento de colocarlo en la rampa.

Ciclo de trabajo. El tiempo de trabajo del mecanismo seleccionado estará definido por el

tiempo que transcurre desde el instante en que se ajusta la posición del dosificador hasta el

momento en que se realiza un nuevo ajuste al mismo.

Ya con los parámetros establecidos se genera la tabla 3.5 con los valores de los parámetros la cual es la

referencia para evaluar las características de los elementos y seleccionar el más adecuado.

Tabla 3.5. Valores de los parámetros para la selección del actuador.

PARÁMETRO VALOR

Carga 21 Kg

Carrera 150 mm

Ciclo de trabajo 1.5 hr.

El mercado de actuadores para automatización ofrece 3 alternativas que pueden ser aplicados al caso

que se está tratando. En tabla 3.6 se muestra las características de cada uno de los actuadores en



62

función de los parámetros que son críticos para la selección de los actuadores con una comparación de

los mismos.

Tabla 3.6. Tabla comparativa de actuadores.

PARÁMETRO

ACTUADOR

ELÉCTRICO SERVO

ASISTIDO

ACTUADOR

SERVONEUMÁTICO

ACTUADOR

MECÁNICO

MANUAL

Carga

Los actuadores eléctricos

tiene una buena respuesta

para las cargas grandes

Buena respuesta a la carga,

pero sus dimensiones son

proporcionales a la carga

Excelente respuesta a

la carga, dimensiones

relativamente

pequeñas

Carrera

Carreras de 5 mm hasta

2000 mm, longitudes

mayores bajo pedido. Con

alta precisión en su

posicionamiento

Carreras de 5 mm hasta

2000 mm, longitudes

mayores bajo pedido

Carreras según la

especificación de

fabricación.

Ciclo de

trabajo

Ciclos de trabajo muy

rápidos

Ciclos de trabajo muy

rápidos

Ciclos de trabajo

relativamente lentos

Analizando los actuadores propuestos se propone un actuador mecánico accionado manualmente

específicamente un tornillo sin, por las siguientes razones:

El actuador mecánico no requiere energía eléctrica, ni suministro hidráulico o neumático,

porque es accionado manualmente.

La fabricación del actuador mecánico (elevador con tornillos sin fin), es más barato que

comparar un actuador eléctrico o servoneumático que cubra con las características dadas.

Los ciclos de trabajo para los cuales es apto el actuador mecánico, son adecuados para el ciclo

de trabajo del dosificador, ya que solo se mueve por un tiempo muy corto en intervalos muy

grandes, aplicar un actuador eléctrico o servoneumáticos no es eficiente.

Cabe mencionar que las especificaciones del actuador mecánico se dejan abiertas para que se haga un

estudio especializado.



63

3.3.3 Subetapa de posicionamiento

Para colocar los pernos en la boquilla del torno, se selecciona un sistema de posicionamiento adecuado,

eficiente y eficaz, para ello se realiza la tabla donde se expresa las características de tres opciones que

cumplen con las condiciones establecida en la misma tabla 3.7.

Tabla 3.7. Medios de transporte de materiales

CONDICIONES CINTA

TRANSPORTADORA MANIPULADOR

ACTUADORES

ELÉCTRICOS/NEUMÁTICO

S

Trayectoria

según la

ubicación de la

maquinaria

Complejidad en el

diseño.

Se basa en puntos

base para trazar la

trayectoria hasta en

tres dimensiones,

con capacidad de

liberar obstáculos.

Trayectorias múltiples, y

adaptables para la trayectoria

y posición adecuada.

Velocidad de

traslado

Velocidad en función

de la carga (poco

control del material a

alta velocidad)

Hasta 5 m/s Hasta 5 m/s

Posicionamiento

de piezas

Gran cantidad de pieza

según diseño

Manipulación

limitada de piezas Manipulación de varias piezas

Distancias Grandes distancias Hasta 3 m. Hasta 3 m

Con referencia a la tabla 3.7 se elige un arreglo de actuadores ya que se va a transportar una pieza para

colocarla en la boquilla para el barrenado, además de que la distancia entre el dosificador y la boquilla

del torno es relativamente corta, otra ventaja es que el arreglo de actuadores, se adapta a la trayectoria

programada para que realice algún movimiento con una velocidad acorde a dicho movimiento. La

ventaja que hace la diferencia entre el manipulador y el arreglo de actuadores, es el precio, este punto

se retomara en el capítulo IV, donde se presenta el monto del presupuesto.



64

En la selección de los actuadores más adecuados para la operación de posicionamiento, se define

claramente el funcionamiento y la finalidad a la cual se va a aplicar. A continuación se explican las

condiciones de operación en la etapa de barrenado para los actuadores:

Operación en un ambiente abrasivo

Manejo de piezas metálicas de forma cilíndrica

Variedad de dimensiones entre las piezas a manejar

Sincronización entre actuadores de forma simultánea

Espacio limitado para la ubicación de los actuadores

Manipulación de piezas con peso inferior a los 100 gramos

Distancias cortas de acción

Existencia de fuentes de alimentación de energía eléctrica, hidráulica y neumática

En base a las condiciones en las cuales van a operar los actuadores se realiza una selección de los

actuadores con las características más aptas para la operación. En la tabla 3.8 se realiza un estudio de

las características con base en las condiciones de operación.

Tabla 3.8. Comparación entre sistemas de accionamiento

CONDICIÓN DE

OPERACIÓN

CARACTERÍSTICAS DE LOS TIPOS DE ACTUADORES

Neumático Hidráulico Eléctrico

Operación en un

ambiente abrasivo.

Componentes

confiables

Posible obstrucción

de vías Protección intrínseca

Manejo de piezas metálicas

de forma cilíndrica.

Con opción de

acoplar tenazas

Con opción de

acoplar tenazas

Con opción de acoplar

tenazas

Variedad de dimensiones

entre las piezas a manejar.

Sin cambios ante la

variación de la carga

Sin cambios ante la

variación de carga

Sin cambios ante la

variación de la carga

Sincronización entre

actuadores de forma

simultánea.

Respuesta rápida Respuesta lenta Respuesta rápida



65

CONDICIÓN DE

OPERACIÓN

CARACTERÍSTICAS DE LOS TIPOS DE ACTUADORES

Neumático Hidráulico Eléctrico

Espacio limitado para la

ubicación de los

actuadores.

Componentes

adaptables

Componentes muy

robustos

Componentes

adaptables

Manipulación de piezas

con peso inferior a los 100

gramos.

Fuerza requerida Fuerza requerida Fuerza amplia

Distancias cortas de acción. Diversidad de

distancias

Diversidad de

distancias

Acoplamientos para la

distancia

Alimentación del actuador. Equipo adicional para

su acción

Gran cantidad de

equipo para su

acción

Alimentación accesible

Como resultado de la comparación de la tabla 3.8 se observa que los actuadores neumáticos y

eléctricos son los más apto para utilizar por que cumplen con la mayoría de las condiciones de una

forma adecuada siendo los cilindros de doble efecto guiados y los actuadores servoasistidos los

correctos por la forma de operar. Una clara desventaja son los componentes adicionales que se

requieren para que los actuadores neumáticos operen; como se muestra en la figura 3.18, los

actuadores neumáticos requieren de los siguientes elementos para operar de forma adecuada:

suministro de aire a presión, unidad de mantenimiento la cual va a depurar el aire que se suministra al

sistema neumático, válvula y silenciadores.



66

Figura 3.18. Equipo necesario para un sistema neumático

Esta desventaja no afecta este caso debido a que el torno ya cuenta con un sistema de suministro de aire

y una unidad de mantenimiento que se puede aprovechar. Sin embargo, se recomienda realizar un

estudio más a fondo sobre instalaciones neumáticas. El accionamiento neumático es el adecuado para

las acciones que no requieren posiciones intermedias y los actuadores eléctricos son aptos para realizar

posicionamientos precisos de sus carreras a velocidades altas, existe otra opción que combina estas dos

propiedades, y son los actuadores servoneumáticos, que pueden realizar operaciones de

posicionamiento mientras son accionados por medio de aire como un cilindro neumático convencional,

sin embargo esta no es una opción viable ya que el costo de estos actuadores es muy elevada en

comparación con los actuadores neumáticos.

Una vez seleccionados los tipos de actuadores se traza la trayectoria más práctica y realizable para

trasladar el perno del dosificador a la boquilla del torno. Considerando movimientos de los actuadores

disponibles en el mercado, además de los espacios para accionar y montar los actuadores así como los

obstáculos que se presentan.

Antes de comenzar la trayectoria se debe de seleccionar el elemento que va a sujetar al perno durante la

trayectoria, para este caso se selecciona una pinza neumática de perfil plano, serie MHF2 marca SMC

ver figura 3.19, este tipo de pinza tiene dimensiones compactas en comparación con otras series de la

misma marca.



67

Figura 3.19. Pinzas neumáticas MHF2.

La pinza se escoge de tipo neumática, ya que no requerimos precisión en el cierre de la pinza, porque

los pernos son de un material de alta dureza y no se pueden deformar por la fuerza de amarre que

genera la pinza. Para determinar las características de la pinza se realiza el método de selección que

propone el fabricante para este producto ver anexo C.

El primer parámetro a calcular es la fuerza de sujeción, el fabricante recomienda que esta sea de

10 a 20 veces la masa de la pieza a sujetar, dicha fuerza se calcula con la siguiente fórmula.

Donde:

Fr: fuerza de amarre requerida [N].

m: masa del perno de mayor peso [kg].

g: aceleración gravitacional de 9.81 m/s2.

s: factor de seguridad de 20.

Aplicando la fórmula con el perno de mayor masa se obtiene:

El siguiente parámetro a determinar es el diámetro adecuado de los cilindros que accionan la

pinza, para esto se emplea la fuerza de sujeción (Fr) y la distancia al punto de prensión (L), este

último dato se refiere a la distancia que hay desde la superficie del dedo de la pinza a el centro

de la pieza cuando se está sujetando por la pinza como se puede ver en la figura 3.20.



68

Figura 3.20. Distancia al punto de prensión L

Para realizar la selección se tiene una distancia al punto de prensión L=40 mm. Con estos datos se

revisan las graficas 1, 2, 3 y 4 de los diámetros disponibles para la pinza MHF2, en las gráficas se

busca la relación entre el suministro de presión y el punto de prensión que satisfaga la fuerza de

sujeción requerida que se cálculo.

Gráfica 3.1. Relación fuerza/punto de presión para la

pinza de8 mm. diámetro

Gráfica 3.2. Relacion fuerza/punto de presión para la




69

Como se observa en la grafica 3.3, se tiene que una pinza con un cilindro de diámetro 16 mm al cual se

le suministra una presión de 0.3 MPa puede generar una fuerza de amarre del orden de los 50 N lo que

es suficiente para poder manipular al perno de mayor masa que necesita una fuerza de sujeción de

44.34 N.

Finalmente se establece la carrera de la pinza en función de la diferencia entre el diámetro más

pequeño y el más grande, como resultado se tiene una carrera de 11 mm. Partiendo de la selección y

con base en los parámetros que maneja el proveer se establecen las siguientes características para la

pinza neumática MHF2:

Carrera de acción de 16 mm.

Diámetro del embolo 16 mm.

Carga admisible 90 N.

Precisión ± 0.05 mm.

Primer movimiento: El primer movimiento para la trayectoria del perno es un giro, en la figura 3.21 se

muestra la orientación del perno, desde una vista superior, en el momento en que está en el dosificador

y la orientación que tiene en el momento en que se va a introducir en la boquilla del torno. En la misma







70

figura 3.21se traza la trayectoria que el perno debe de seguir para llegar a esa posición, la trayectoria

trazada es un arco de 90˚ desde la posición a-b.

Figura 3.21. Orientaciones del perno

Un actuador mesa giratoria es el indicado para esta trayectoria ya que cumple con la condición de rotar

la orientación del perno y además de recorrer distancia con el giro efectuado, el actuador seleccionado

para esta parte es una mesa giratoria de la serie MSQ de la marca SMC ver figura 3.22.

Figura 3.22. Actuador mesa giratoria MSQ.

Especificar las características del actuador mesa giratoria se hace con base en las características de

operación a las cuales se va a someter, por lo que se requiere conocer en qué forma se le va a montar

la carga y la magnitud es la misma. Como no se cuenta con estos datos primero se requiere

a

b



71

seleccionar el arreglo de actuadores que se van a montar sobre la mesa giratoria. Haciendo referencia

a la figura 3.23, se pueden observar dos movimientos representados por las flechas A y B, con los

cuales se posiciona la pinza en el perno y se retira del dosificador.

Figura 3.23. Movimiento vertical.

Los movimientos A y B representan un arreglo de actuadores que están montados sobre el actuador

mesa de giro la cual se representa por el pivote O, cuando los actuadores, la pinza y el perno son

rotados para poner el perno en posición de inserción al torno, el movimiento B cumple con la misma

carrera de acción ya que los centros del perno y la boquilla están previamente alineados. El

movimiento A requiere de una posición intermedia ya que no va regresar totalmente a su posición

inicial, solo va a recorrer del movimiento B a la boquilla ver figura 3.24.

Figura 3.24.Vista lateral de la trayectoria

Para el movimiento B se requiere de un actuador neumático, por lo que para hacer la selección se

toman en consideración las condiciones de carga que se muestran en la tabla 3.9, para hacer una

selección adecuada.

A

B

A

B

O

O



72

Tabla 3.9. Carga del actuador.

ELEMENTO MASA [Kg]

Perno 0.226

Pinza neumática + mecanismo (dedos) 0.445+ 0.050

Placas de acoplamiento 0.050

Carga total 0.771 Kg

La carrera del actuador para el movimiento B está determinada por la distancia Z asiendo referencia a

la figura 3.25, esta distancia es fija y por lo tanto se puede emplear un actuador neumático para ejecutar

esta operación.

Figura 3.25. Carrera sobre Z

La carrera Z es proporcionada por el torno y tiene un valor de 36 mm, el actuador adecuado para esta

operación es un actuador neumático guiado de la serie CXS del fabricante SMC ver figura 3.26. Este

actuador tiene la ventaja de ser de un cuerpo compacto además de tener guías que impiden el giro del

vástago ante momentos flectores que puedan presentarse en la carga que se le aplique.

Figura.3.26. Actuador neumático guiado serie CXS de SMC.

Z



73

Como resultado de la selección se establecen los parámetros del actuador tomando como referencia los

parámetros que ofrece el proveedor son:

Carrera de acción 50 mm.




Para ejecutar el movimiento A se elije un actuador neumático de doble vástago de la serie CXSW de la

marca SMC, este elemento proporciona la trayectoria lineal pero para cubrir la condición de las

múltiples posiciones, se emplean topes ajustables en el vástago del actuador para de esta manera ajustar

las carreras del actuador de acuerdo a las longitudes del perno, en la figura 3.27 se muestra el arreglo

del actuador neumático con los topes ajustables.

Figura 3.27. Actuador neumático doble vástago serie CXSW de SMC.

El movimiento A se va a encargar de colocar al perno dentro de la boquilla, en la figura 3.28, se puede

observar que la carrera de acción para el actuador neumático de doble vástago está dada por la suma de

las distancias X y Y.

Figura 3.28. Carrera de acción del actuador neumático doble vástago CXSW.

X Y



74

El valor de Y lo proporciona la misma máquina que es de 36 mm, la distancia X es la distancia que

debe de ser introducido el perno de mayor longitud, esta distancia es de 50 mm para el perno de

longitud de 160 mm. Por lo cual para que el perno pueda entrar en la boquilla se deja una tolerancia

sugerida por el proveedor de 5 mm de la boquilla al perno, con lo cual la distancia X toma el valor de

55 mm. La carrera neta para el actuador es 91 mm. La carga del actuador se establece considerando las

masas de todos los actuadores que se van a montar sobre él, en la tabla 3.10 se muestra la carga total

que mueve el cilindro.

Tabla 3.10. Carga total del actuador neumático doble vástago CXSW de la marca SMC.

ELEMENTO MASA [Kg]

Perno 0.226


Actuador neumático vertical 0.729


Carga total 1.5 Kg

Como resultado de la selección se establecen los parámetros del actuador neumático guiado CXS

tomando como referencia las características estándar que ofrece el proveedor:

Carrera de acción de 100 mm.



Precisión ±0.05 mm.

Retomando el último punto de la selección para las especificaciones del actuador mesa giratoria MSQ

y con base en las cargas de los actuadores ya seleccionados se puede construir la tabla 3.11, donde se

establece la carga total que maneja la mesa giratoria.



75

Tabla 3.11. Carga total de la mesa giratoria.

ELEMENTO MASA [Kg.]

Perno 0.226



Actuador neumático horizontal 1.2


Carga total 2.75 Kg

Como resultado de la selección se establecen los parámetros para la mesa giratoria tomando como

referencia los parámetros que ofrece el proveedor:

Carrera de acción 90˚.




El último movimiento de la trayectoria es lineal y requiere múltiples posiciones; la finalidad de este

movimiento es alinear a la pinza con los centros de los pernos que están en las rampas para que se

ejecute el ciclo de posicionamiento en cada rampa. Para cubrir con este movimiento se tiene la opción

de un actuador eléctrico por las múltiples posiciones, sin embargo se puede observar en la figura 3.29

que el paso de avance que se requiere es constante, lo cual da opción de emplear un actuador

neumático tipo mesa de arrastre y a este realizarle un arreglo de sensores magnéticos para cada una de

las posiciones, esto en conjunto con una válvula 5/3 vías con centros bloqueados para poder hacer las

paradas intermedias en la carrera del actuador.



76

Figura 3.29. Carrera que debe de cubrir el actuador.

Las características del actuador están dadas por la ubicación de montaje del mismo, la carga que va a

soportar, la carrera que va a cubrir y el ciclo de trabajo que se tiene. Con base en estos parámetros se

escoge el actuador con las características apropiadas.

La carrera que debe de cubrir el actuador neumático tipo mesa de arrastre está determinada por la

distancia que existe entre las salidas de los extremos del dosificador como se representa en la

figura 3.29.

La carga que va a soportar esta dada por el peso de los actuadores que están montados sobre la

mesa incluyendo el peso del perno más grande. En la tabla 3.12 se enlistan los componentes del

arreglo de actuadores y los pesos correspondientes a cada uno incluyendo el peso total.

Tabla 3.12. Carga total sobre la mesa neumática.

ELEMENTO MASA [Kg]

Perno 0.226



Actuador neumático horizontal 1.200

Mesa de giro 90˚ 2.260


Carga total 5.05 Kg

385 mm 40 mm



77

Revisando las opciones en el mercado nacional se encuentra el actuador neumático tipo mesa de

arrastre de la marca SMC serie MY1 ver figura 3.30, verificando en el catalogo del fabricante (SMC),

se observa que el actuador tiene la capacidad de manejar esta carga, con un diámetro de cilindro de 50

mm con un amplio rango de seguridad.

Figura 3.30. Actuador neumático tipo mesa de arrastre.

Como resultado de la selección se establecen los parámetros del actuador neumático tipo mesa de

arrastre tomando como referencia los parámetros que ofrece el proveedor:





Una vez trazada la trayectoria y seleccionados todos los elementos que conforman el sistema de

manipulación para la subetapa de posicionamiento, se puede realizar el arreglo con el cual se

distribuyen los actuadores para desarrollar la trayectoria que se planteo, en la figura 3.31 se muestra el

arreglo para el sistema de manipulación indicando cada uno de los elementos en la estructura.

Figura 3.31. Arreglo de actuadores para el sistema de manipulación de la sub etapa de posicionamiento

Actuador neumático de

doble vástago CXSW

Actuador mesa

giratoria MSQ

Actuador nuemático

tipo mesa de

arrastre MY1

Actuador neumático

guiado CXS

Pinza neumática MHF2



78

3.3.4 Subetapa de traslado y retiro

La subetapa de traslado comprende transportar el perno ya barrenado de la boquilla del torno a la

boquilla del taladro para posteriormente realizar el machueleado, además del traslado esta etapa

contempla el retiro de los pernos de la boquilla del taladro una vez que los perno han sido

machueleados. Los pernos machueleados serán depositados en contenedores.

Para que la subetapa de traslado sea práctica y funcional se realiza una redistribución del torno y el

taladro con base en la sección 3.1.2 Desarrollo del bosquejo de tiempos y movimientos; sin embargo,

se recomienda hacer un estudio más a fondo de la distribución de la maquinaría en el área de ingeniería

industrial. En el anexo D se muestra el plano de distribución del taladro con respecto al torno,

propuesta para hacer el traslado entre estas dos máquinas.

Para manipular el perno se emplea una pinza con las características seleccionadas en la sección

anterior, es decir; se selecciona una pinza neumática MHF2, a continuación se describe la trayectoria y

selección de los actuadores correspondiente a la subetapa de traslado.

La pinza neumática MHF2 va acoplada a un actuador neumático guiado, este tiene la finalidad de

retirar el perno, una vez que esta sujetado por la pinza, el perno es retirado por acción del actuador. En

la figura 3.32, se muestra la acción del actuador neumático guiado sobre el cual se monta la pinza, este

actuador tiene una doble función retirar los pernos barrenados del torno y colocarlos en la boquilla del

taladro para su machueleado.

Figura 3.32. Trayectoria del actuador neumático guiado.



79

El actuador seleccionado para esta operación es un actuador neumático guiado de la serie CXS de la

marca SMC, este actuador tiene las mismas características del actuador neumático guiado de la etapa

de posicionamiento.

Continuando con la trayectoria se identifica un movimiento para posicionar el perno en la boquilla del

taladro, en la figura 3.33 se muestra la posición del perno al estar en la boquilla del torno (punto C) y la

posición a la que llega en la boquilla del taladro (punto D). Sin embargo para insertar el perno en la

boquilla del taladro se necesita que el perno este orientado de forma vertical.

Figura 3.33. Orientación del perno en el torno y en el taladro.

Para colocar el perno en la posición adecuada al momento de insertarlo en la boquilla del taladro se

requiere rotar el perno 90˚, este movimiento se cubre con un actuador mesa giratoria MSQ de las

mismas características que la mesa giratoria seleccionada para la etapa de suministro. Ya que las cargas

que se manejan son de igual magnitud.

Debido a que en la trayectoria trazada, la caja de engranes del taladro representa un obstáculo, por lo

que se ejecuta un movimiento de giro para poder posicionar al perno de forma alineada con la boquilla

del torno como se puede observar en la figura 3.34. El actuador seleccionado para este movimiento es

una actuador tipo mesa giratoria, a pesar de que el peso de carga para este actuador aumento con

respecto al actuador de mesa giratoria anterior, pero no se presentan cambios en sus características.



80

Figura 3.34. Acción de giro para librar la caja de engranes del taladro

El último movimiento es el más largo de la trayectoria ya que esta dado por la distancia que existe

entre la boquilla del torno y la boquilla del taladro que es de 1 m, esta distancia está tomada

considerando que los bordes de las bases de las máquinas están en contacto directo, a esta longitud se

le añade 50 cm para distanciar las máquinas y evitar interferencia entre ellas máquinas por las

vibraciones que generen las mismas, por seguridad del sistema y el personal. En la figura 3.35 se

muestra la trayectoria entre las boquillas.

Figura 3.35. Trayectoria entre la boquilla del torno (A) y la boquilla del taladro (B)



81

El actuador seleccionado para este movimiento es un actuador neumático tipo mesa de arrastre con

guías internas de la serie MY3 de la marca SMC ver figura 3.36, este actuador debe de tener una

carrera de 1500 mm que es la correspondiente a la distancia AB de la figura 3.35.

Figura 3.36. Actuador neumático tipo mesa de arrastre con guías internas MY3 de la marca SMC

Debido a que todo el arreglo de actuadores va a estar montado sobre el actuador neumático tipo mesa

de arrastre MY3 la carga del mismo está definida por la sumatoria de los pesos de los actuadores del

arreglo (ver tabla 3.13), la guía integrada sirve para montar cargas con momentos de deflexión sobre el

actuador.

Tabla 3.13. Carga del actuador MY3 de la marca SMC.

ELEMENTO MASA [Kg]

Perno 0.226


Actuador neumático 0.669




Carga total 6.11 Kg



82

Como resultado de la selección se establecen los parámetros de la mesa de arrastre tomando como

referencia los parámetros que ofrece el proveedor:





Para el arreglo del sistema de manipulación de la subetapa de traslado y retiro, se cuenta con una

estructura sobre la cual se monta el arreglo, ya que no es práctico hacer el montaje sobre el taladro. En

la figura 3.37 se muestra el arreglo de actuadores para esta subetapa.

Figura 3.37. Arreglo de actuadores para la sub etapa de traslado.1) mesa neumática de arrastre, 2) mesa

giratoria, 3) mesa giratoria, 4) actuador neumático guiado, 5) pinza neumática.

1

2

3

4

5



83

3.3.5 Selección de sensores.

Los sensores son los elementos que proporcionan la información al controlador del estado de

condiciones específicas en la que se encuentra el proceso, las cuales intervienen directamente con la

lógica establecida en el controlador.

Antes de la selección de los sensores se establecen las zonas en las que se requiere estén operando,

analizando la operación del sistema de manipulación se establece que a la salida de cada dosificador se

debe de instalar un sensor, los cuales indicaran al sistema de manipulación que rampa ya no tiene

pernos y que rampas sí. Los finales de carrera de cada actuador se consideran como sensores ya que es

más práctico, tiene un menor desgaste y es más confiable que los elementos mecánicos como un

interruptor. Como resultado se tienen dos zonas en las cuales se requieren sensores:

Zona 1. En cada una de las salidas del dosificador.

La función de los sensores a la salida del dosificador es detectar la existencia de pernos en la rampa, de

aquí se parte para establecer las condiciones de operación del sensor, como se muestra a continuación:

El elemento a sensar es un metal.

El espacio disponible para montaje es reducido.

El elemento sensor debe ser no intrusivo.

Con base en las condiciones de operación establecidas se selecciona el sensor tipo inductivo de la

marca Autonics serie PRD como se muestra en la figura 3.38. Estos sensores se seleccionan para una

alimentación de 24 Vcd y una distancia de operación de 10 mm.

Figura 3.38. Sensor inductivo serie PRD de la marca Autonics.



84

Zona 2. Finales de carrera de cada actuador.

Los finales de carrera de los actuadores se emplean para enviar una señal al controlador e indicar un

cambio de posición del actuador en la lógica de operación. Las condiciones para la selección de los

detectores se muestran a continuación:

Detección del vástago metálico.

Montaje sobre el cuerpo del actuador

Tomando como referencia las condiciones establecidas para estos detectores se hace la selección del

detector magnético de la serie DM9P perteneciente a la marca SMC. Ver figura 3.39.

Figura -3.39. Detector magnético DM9P de la marca SMC.

3.3.6 Selección del controlador

El controlador es el encargado de ejecutar la lógica del programa creado para que los actuadores

ejecuten sus trayectorias. Para realizar la selección del controlar adecuado se considera el número y

tipo de entradas, además de su ubicación y el lenguaje de programación a utilizar, dichas

consideraciones se explican a continuación.

a) Número y tipo de entradas y salidas que se emplean.

En este criterio se toma en consideración el número total de entradas y salidas que se están manejando

en el sistema de manipulación, incrementando un 10% para prever posibles expansiones o daños en los

puertos. Es necesario identificar el tipo de señal de cada una de las entradas y salidas que se

contabiliza, en la tabla 3.14 se muestra el total de entradas y salidas que proporciona el sistema de

manipulación conjuntamente se dividen en señales de tipo discretas y analógicas.



85

Tabla 3.14. Total de entradas y salidas

SUBTOTAL TOTAL (10%)

ENTRADAS DISCRETAS 42 46

SALIDAS DISCRETAS 25 30

ENTRADAS ANALÓGICAS 0 0

SALIDAS ANALÓGICAS 0 0

Como se puede ver en la tabla 3.14 el sistema de manipulación no cuenta con señales de tipo analógico

lo cual hace más sencillo el manejo de las señales dentro del programa que representa la lógica de

funcionamiento, para hacer mas practica la selección del controlador ya que todas las señales discretas

están establecidas en 24 Vcd. Para más detalle del listado de entradas y salidas del sistema de

manipulación revisar anexo E.

Como resultado del análisis de este criterio aplicado al sistema de manipulación se tiene que el

controlador seleccionado debe de cumplir con un total de 46 entradas y 30 salidas discretas de 24 Vcd.

b) Ubicación del módulo para el controlador.

La ubicación del controlador es otro criterio que atañe directamente a la selección del mismo, en este

caso la ubicación del controlador es directamente en planta, lo cual obliga que el controlador sea de

constitución robusta para que no le afecten parámetros ambientales propios de la empresa ICSA como

lo son el polvo, remanentes metálicos, líquidos tales como aceites provenientes del torno y el taladro,

golpes por parte de los mismos operarios entre otras. En la figura 3.40 se observa el área destinada para

colocar el modulo del controlador, para ver más detalle sobre la distribución del controlador ver anexo

F.



86

Figura 3.40. Ubicación del controlador.

c) Simplicidad del lenguaje de programación empleado.

El lenguaje de programación que se emplea para realizar la lógica de operación debe de ser un lenguaje

simple de estructurar e interpretar debido a la gran cantidad de entradas y salidas que se están

manejando. Como resultado de la consideración se selecciona un controlador que se pueda programar

con lenguaje en escalera o por grafcet.

Con base en los parámetros establecidos para la selección del controlador se selecciona el controlador

MicroLogix 1200 y tres puertos de expansión, dos para las entradas y uno para las salidas ya que la

cantidad de entradas y salidas que se manejan en la lógica establecida son más numerosas que la

cantidad de entradas estándar de este controlador en las tablas 3.15 y 3.16 se muestran las

características del controlador y de los módulos de expansión requeridos.

Tabla 3.15. Características del controlador MicroLogix 1200.

Alimentación

de línea Entradas Salidas

E/S de alta

velocidad

Puertos

de com. N.˚ cat.

120/240 VCA (20) Estándar 24 VCC

(16) Relé (4) Entradas de

20 KHz 1

1762-

L40BWA (4) Rápidas 24 VCC



87

Tabla 3.16. Características de los módulos de expansión

Descripción Cantidad N.˚ de cat.

Módulo de entrada de 24 VCC drenador/surtidor de 16 puntos. 1 1762-IQ16

Módulo de entrada de 24 VCC drenador/surtidor de 8 puntos. 2 1762-IQ8

Módulo de salida de 24 VCC surtidor de 16 puntos. 1 1762-OB16

En la configuración del PLC MicroLogix 1200 se establece con 44 entradas discretas de 24 VCC y 32

salidas discretas de 24 VCC (ver figura 3.41).

Figura 3.41. PLC MicroLogix 1200.

3.4 DESARROLLO DE LA PROGRAMACIÓN DEL PLC

La programación del controlador lógico programable MicroLogix 1200 se desarrolla con el programa

de Rockwell el cual lo proporciona el fabricante Allen-Bradley, el programa también cuenta con

RsLinx que permite la comunicación entre Microsoft Windows y RsLogix para desarrollar un

programa; el cual cuenta con un ambiente amigable ya que las herramientas, el espacio de trabajo y

aplicaciones se pueden apreciar de una manera sencilla y fácil de identificar en la figura 3.42 se

muestran los elementos principales en el ambiente de trabajo de RsLogix 500. El software RsLogix

500 incluye editor del lenguaje de diagrama en escalera y verificador de proyectos creando una lista de

los errores entre otras opciones [9].



88

Figura 3.42. Partes principales de RsLogix 500

Barra de menú: Permite realizar diferentes funciones como recuperar o guardar programas, opciones

de ayuda, etc.

Barra de iconos: Engloba las funciones de uso más repetido en el desarrollo de los programas.

Barra de estado del procesador: Permite visualizar y modificar el modo de trabajo del procesador (en

línea, fuera de línea, etc.), cargar y/o descargar programas, así como visualizar el controlador utilizado.

Árbol del proyecto: Contiene todas las carpetas y archivos generados en el proyecto, estos se

organizan en las carpetas siguientes:

Control de propiedades.

Estado del procesador.

Configuración de entradas y salidas.

Configuración de canales de comunicación.

Archivos de programa (Progam files).

Archivo de datos:

Panel de resultados: Muestra los errores de programación que surgen al verificar la corrección del

programa realizado (situados en la barra de iconos).

Barra de menú

Barra de

iconos

Barra de

estados del

procesador

Árbol del

proyecto

Panel de

resultados

Editor de ladder

Barra de instrucciones

http://www.monografias.com/trabajos12/desorgan/desorgan.shtml

http://www.monografias.com/trabajos5/sisope/sisope.shtml

http://www.monografias.com/trabajos34/el-trabajo/el-trabajo.shtml

http://www.monografias.com/trabajos12/pmbok/pmbok.shtml

http://www.monografias.com/trabajos7/arch/arch.shtml



89

Barra de instrucciones: Esta barra permite, a través de pestañas y botones acceder de forma rápida a

las instrucciones más habituales del lenguaje de diagrama en escalera.

Ventana del programa diagrama en escalera: Contiene todos los programas y subrutinas del

diagrama en escalera relacionados con el proyecto que se esté realizando.

3.4.1 Programación para la automatización de la estación de barrenado y machueleado de pernos

Pull Dowel

Para realizar la programación se identifican cada uno de los pasos que se tiene que cubrir para poder

obtener la secuencia de los actuadores, así como los pasos a realizar para obtener esa respuesta en

lenguaje de diagrama en escalera, dichos puntos son:

1.- Identificación de entradas y salidas.

2.- Elaborar el diagrama de flujo de cada subetapa.

3.- Elaborar el diagrama de estado de los actuadores.

4.- Obtener la ecuación del diagrama de estados.

5.- Identificar el método a utilizar para programar.

6.- Direccionamiento de las entradas y salidas con etiquetas correspondientes.

7.- Desarrollo de la programación.

1.- Identificación de entradas y salidas: El desarrollo del programa comienza con la identificación de

las entradas y salidas correspondientes cada una de las entradas discretas que contendrá el programa,

las cuales se presentan en la tabla 3.17, las cuales como se presenta en la selección del PLC son 42

entradas y 25 salidas discretas.



90

Tabla 3.17.Lista de entradas y salidas del PLC

ENTRADAS SALIDAS

Botón de arranque Solenoide de válvula del actuador de doble vástago CXSW A+

Botón de paro Solenoide de válvula del actuador de doble vástago CXSW A-

Sensor de rampa 1 Solenoide de válvula del actuador guiado CXS B+

Sensor de rampa 2 Solenoide de válvula del actuador guiado CXS B-

Sensor de rampa 3 Solenoide de válvula de la pinza neumática 1 MHF2 C+

Sensor de rampa 4 Solenoide de válvula de la pinza neumática 1 MHF2 C-

Sensor de rampa 5 Solenoide de válvula de la mesa neumática de arrastre MY1 D+

Sensor de rampa 6 Solenoide de válvula de la mesa neumática de arrastre MY1 D-

Sensor de rampa 7 Solenoide de válvula de la mesa de giro 1 MSQ E+

Sensor de rampa 8 Solenoide de válvula de la mesa de giro 1 MSQ E-

Sensor de rampa 9 Solenoide de válvula de mesa neumática de arrastre MY3 F+

Sensor de rampa 10 Solenoide de válvula de mesa neumática de arrastre MY3 F-

Final de carrera del actuador de doble vástago CXSW Solenoide de válvula actuador guiado 2 CXS G+

Final de carrera del actuador de doble vástago CXSW Solenoide de válvula actuador guiado 2 CXS G-

Final de carrera del actuador guiado CXS Solenoide de válvula de pinza neumática 2 MHF2 H+

Final de carrera del actuador guiado CXS Solenoide de válvula de pinza neumática 2 MHF2 H-

Cierre de la pinza neumática 1 MHF2 Solenoide de válvula de la mesa de giro 2 MSQ I+

Apertura de la pinza neumática 1 MHF2 Solenoide de válvula de la mesa de giro 2 MSQ I-

Final de carrera de posición 5 de la mesa neumática de arrastre MY1

Solenoide de válvula de la mesa de giro 3 MSQ J+


Solenoide de válvula de la mesa de giro 3 MSQ J-


Solenoide de abrir boquilla del torno K+


Solenoide de cerrar boquilla del torno K-


Solenoide abrir boquilla del taladro L+

Final de carrera de la mesa de giro 1 MSQ Solenoide cerrar boquilla del taladro L-

Final de carrera de la mesa de giro 1 MSQ Inicia barreno

Final de carrera de mesa neumática de arrastre MY3 Inicia machuelo

Final de carrera de mesa neumática de arrastre MY3



91

Final de carrera de mesa neumática de arrastre MY3

Final de carrera del actuador guiado 2 CXS

Final de carrera del actuador guiado 2 CXS

Cierre de pinza neumática 2 MHF2

Apertura de pinza neumática 2 MHF

Final de carrera de la mesa de giro 2 MSQ




Cierre de la boquilla del torno

Apertura de la boquilla del torno

Cierre de la boquilla del taladro

Cierre de la boquilla del taladro

Sensor para torno

Sensor para taladro

2.- Diagrama de flujo de las subetapas

Con base a las trayectorias trazadas para la selección del equipo, se desarrolla el diagrama de flujo de

la subetapa de suministro y posicionamiento (ver diagrama 3.1) y subetapa de traslado y retiro (ver

diagrama 3.2) para poder identificar la secuencia de los movimientos y permisivos que se deben de

cumplir.



92

Diagrama 3.1. Diagrama de flujo de la secuencia de los actuadores de la subetapa de posicionamiento



93

Diagrama 3.2. Representación de la secuencia de los actuadores de las etapas de traslado y retiro

94

3.- Diagrama de estado de los actuadores

El diagrama de estados en una representación gráfica del estado cada uno de los cilindros, es decir indica su expulsión o retracción según se presente el caso, este se crea en base al diagrama de flujo y de las trayectorias

propuestas en la selección del equipo. El diagrama 3.3 presenta el estado de los actuadores de las subetapas.

ACTUADOR NEUMÁTICO ESTADO

Doble vástago CXSW (A)

Guiado CXS (B)

Pinza 1 MHF2 (C)

Mesa de arrastre MY1 (D)

Mesa giratoria (E)

Boquilla del torno (K)

Mesa de arrastre MY3 (F)

Guiado 2 CXS (G)

Pinza 2 MHF2 (H)

Mesa giratoria 2 MSQ (I)

Mesa giratoria 3 MSQ (J)

Boquilla del taladro (L)

Ecuación de estado

Electroválvula A+ B+ C- B- D+ E+ B+ A- C+ B-

K- E- D- A+ B+ C- B- D+ F+ H-

G+

K+ G- F- I+ J+ L+ G+ H+ L- L+ H- L- G- F- H+ I-+ J- C+

Final de carrera C0 A1 B1 C0 B0 D1 E1 B1 A0 C1 B0

K0 E0 D0 A1 B1 C0 B0 D1 F2 H0

G1

K1 G0 F1 I1 J1 L1 G1 H1 L0 L1 H0 L0 G0 F0 H1 L1 L0 C1

Diagrama 3.3 Diagrama de estado de los actuadores de la subetapa de posicionamiento, traslado y retiro



95

El diagrama 3.3 permite identificar permisivos y consideraciones que se tienen que programar en la

lógica de accionamiento de los actuadores como:

1. El diagrama muestra la respuesta (color rojo) de los actuadores para posicionar el perno del

dosificador a la boquilla del torno; con ayuda de ese diagrama, se puede identificar que el

segundo ciclo no puede terminar si no se ha retirado el perno de la boquilla del torno, ya que

este se tiene que esperar a que el actuador neumático mesa de arrastre MY3 se encuentre en la

última posición (contenedor) para el ciclo de posicionamiento termine.

2. Otra consideración se da en los casos donde se activan dos actuadores al mismo tiempo, lo que

significa que es necesario considerar esas posiciones ya que si no el proceso no puede seguir.

3. La tercera consideración importante se visualiza en la parte donde se representa que la boquilla

tanto del torno y del taladro abre y cierra, lo cual no funciona así, por que tiene que pasar un

lapso de tiempo en lo que se barrena o machuela el perno para abrir la boquilla. Permisivos que

se aseguran al colocar un sensor inductivo en cada una de las máquinas.

EL sensor del torno se ubica en el espacio que se genera cuando la torreta se desplaza para ejecutar el

barreo, y el sensor del taladro se ubica en el espacio disponible entre el husillo que contiene al

machuelo y la boquilla.

4.- Ecuación del diagrama de estado

En base al diagrama 3.3 se obtiene la ecuación de estados, la cual ayuda para identificar los

accionamientos que permiten que el siguiente actuador se active, así como identificar los elementos

sensores que se activan y que van a permitir que las acciones de los actuadores continúen o se

detengan, utilizar esta ecuación, facilita la programación en el lenguaje de diagrama en escalera.

5.- Selección del método para programar la secuencia de los actuadores

En base a la trayectoria trazada que deben ejecutar los actuadores y los permisivos identificados en el

diagrama de estado se decide que el método paso a paso es el adecuado para programar la secuencia ya

que con base en el diagrama 3.3 se puede observar que la secuencia es lineal, además de que brinda un

grado de certeza a la lógica de operación, porque evita bloqueos de electroválvulas debido a la

ejecución de dos señales en una misma electroválvula (expulsar y retraer). El método paso a paso

brinda la característica de poder realizar posiciones intermedias determinadas de forma correcta lo cual

es un apoyo al programar la lógica de la secuencia para ejecución de los actuadores.



96

6.- Direccionamiento de las entradas y salidas

En la tabla 3.18 y 3.19 se presenta el direccionamiento, redireccionamiento y etiquetas de las entradas

y salidas que se van a utilizar al programar, es decir; las entradas físicas van a ir a una dirección

entrada o salida (input/ ouput) según corresponda y de ahí, el PLC la va a redireccionar cada entrada o

salida a una dirección binaria, esto, por si en algún momento se tiene un problema con la entrada física,

esta solo se tendrá que conectar a otra, sin modificar la programación, ya que si se crea un diagrama en

escalera para el direccionamiento, la dirección de entrada o salida solo se cambia la entrada física por

otra y no se corre el riesgo de provocar errores en la lógica programada.

Tabla 3.18 Direccionamiento de entradas del PLC

ENTRADAS DIRECCIÓN INPUT

DIRECCIÓN BIT

ETIQUETA

Botón de arranque I:0/0 B3:0/9 BAF

Botón de paro I:0/1 B3:0/8 BPF

Sensor de rampa 1 I:0/2 B3:0/2 SR1










Final de carrera del actuador de doble vástago CXSW

I:0/7 B3:1/0 A0

Final de carrera del actuador de doble vástago CXSW

I:0/8 B3:1/1 A1

Final de carrera del actuador guiado CXS I:0/9 B3:1/6 B0


Cierre de la pinza neumática 1 MHF2 I:0/11 B3:1/2 C0

Apertura de la pinza neumática 1 MHF2 I:0/12 B3:1/3 C1


I:0/13 B3:1/4 D0


I:0/14 B3:8/6 D1

Final de carrera de posición 3 de la mesa neumática I:0/15 B3:8/4 D2



97

de arrastre MY1


I:0/16 B3:8/5 D3


I:0/17 B3:1/5 D4

Final de carrera de la mesa de giro 1 MSQ I:0/18 B3:6/3 E0


Final de carrera de mesa neumática de arrastre MY3 I:0/20 B3:6/1 F0



Final de carrera del actuador guiado 2 CXS I:0/23 B3:2/0 G0


Cierre de pinza neumática 2 MHF2 I:0/25 B3:2/3 H0

Apertura de pinza neumática 2 MHF I:0/26 B3:2/4 H1

Final de carrera de la mesa de giro 2 MSQ I:0/27 B3:2/5 I0


Final de carrera de la mesa de giro 3 MSQ I:0/29 B3:2/7 J0


Cierre de la boquilla del torno I:0/31 B3:6/5 K0

Apertura de la boquilla del torno I:0/32 B3:6/6 K1

Cierre de la boquilla del taladro I:0/33 B3:8/0 L0


Sensor para torno I:0/35 B3:5/1 ST

Sensor para taladro I:0/36 B3:5/2 STA

3.19 Direccionamiento de salidas del PLC

SALIDAS DIRECCIÓN OUPUT

DIRECCIÓN BIT

ETIQUETA

Solenoide de válvula del actuador de doble vástago CXSW A+

O:0/0 B3:4/5 AMAS

Solenoide de válvula del actuador de doble vástago CXSW A-

O:0/1 B3:4/7 AMENOS

Solenoide de válvula del actuador guiado CXS B+

O:0/2 B3:4/6 BMAS

Solenoide de válvula del actuador guiado CXS B-

O:0/3 B3:3/0 BMENOS

Solenoide de válvula de la pinza neumática 1 MHF2 C+

O:0/4 B3:3/1 CMAS



98

Solenoide de válvula de la pinza neumática 1 MHF2 C-

O:0/5 B3:3/2 CMENOS

Solenoide de válvula de la mesa neumática de arrastre MY1 D+

O:0/6 B3:3/3 DMAS

Solenoide de válvula de la mesa neumática de arrastre MY1 D-

O:0/7 B3:3/4 DMENOS

Solenoide de válvula de la mesa de giro 1 MSQ E+

O:0/8 B3:3/5 EMAS

Solenoide de válvula de la mesa de giro 1 MSQ E-

O:0/9 B3:3/6 EMENOS

Solenoide de válvula de mesa neumática de arrastre MY3 F+

O:0/10 B3:3/7 FMAS

Solenoide de válvula de mesa neumática de arrastre MY3 F-

O:0/11 B3:7/0 FMENOS

Solenoide de válvula actuador guiado 2 CXS G+

O:0/12 B3:7/1 GMAS

Solenoide de válvula actuador guiado 2 CXS G-

O:0/13 B3:7/2 GMENOS

Solenoide de válvula de pinza neumática 2 MHF2 H+

O:0/14 B3:7/3 HMAS

Solenoide de válvula de pinza neumática 2 MHF2 H-

O:0/15 B3:7/4 HMENOS

Solenoide de válvula de la mesa de giro 2 MSQ I+

O:0/16 B3:7/5 IMAS

Solenoide de válvula de la mesa de giro 2 MSQ I-

O:0/17 B3:7/6 IMENOS

Solenoide de válvula de la mesa de giro 3 MSQ J+

O:0/18 B3:7/7 JMAS


O:0/19 B3:4/0 JMENOS

Solenoide de abrir boquilla del torno K+ O:0/20 B3:4/1 KMAS

Solenoide de cerrar boquilla del torno K- O:0/21 B3:4/2 KMENOS

Solenoide abrir boquilla del taladro L+ O:0/22 B3:4/3 LMAS

Solenoide cerrar boquilla del taladro L- O:0/23 B3:4/4 LMENOS

Inicia barreno O:0/24 B3:11/3 BARRENAR

Inicia machuelo O:0/25 B3:11/4 MACHUELEAR



99

7.- Desarrollo de la programación

Una vez que se tiene la secuencia, el método y las direcciones identificadas, se comienza con el

desarrollo de la programación. Para ello se utilizan cuatro diagramas de escalera para que su orden

tenga mayor comprensión. Los diagramas de escalera que se crean son:

Diagrama de escalera 2 I/O (Ladder 2).

Diagrama de escalera 3 ON/OFF (ladder 3).

Diagrama de escalera 4 Punto a cero (Ladder 4 POINT 0)

Diagrama en escalera 5 Proceso de barrenado y machueleado (Ladder 5)

3.4.1.1 Desarrollo del diagrama de escalera de redireccionamiento

Cada una de las entradas tiene un direccionamiento de input (entradas físicas) que corresponde a una a

una entrada binaria para tener una protección por si en algún momento se daña una o varias entradas

físicas, no sea necesario cambiar la dirección de entrada en todo el programa, porque esto puede

ocasionar que se cometa algún error de direccionamiento con lo que se provoca que el programa no

funcione correctamente.

En el diagrama de escalera 2 entradas/ salidas (I/O) de direccionamiento se manda la información de

los bits internos a las salidas físicas del PLC con la función de cumplir la misma protección que con las

entradas además de que también cuentan con sus etiquetas para facilitar la comprensión del programa.

Para ejecutar correctamente la secuencia de los actuadores se utilizan direcciones binarias auxiliares

que se pueden revisar en el anexo J donde se muestra las tablas completas con bits internos y variables

de proceso.

En base a las tablas de direccionamiento de entradas y salidas, se procede a elaborar el ladder 2 I/O

para que el PLC trabaje con los bits internos; este redireccionamiento se realiza al poner en una línea

un contacto normalmente abierto XIC (Examina si está cerrado) el cual examina si la input está activa

(valor=1), si es así, permite el paso de la señal lógica al siguiente elemento de la rama; en la misma

línea se coloca una bobina OTE (Salida al energizado) que se activará si las condiciones previas de la

rama son ciertas, se activa la variable binaria que a su vez en el diagrama de escalera 5 de proceso

activará alguna secuencia; si dejan de ser ciertas las condiciones la bobina binaria se desactiva. Dicho

diagrama de escalera 2 se presenta en la figura 3.43.



100

Figura 3.43. Diagrama de escalera 2 de direccionamiento de I/O

El ladder 2 en la penúltima línea tiene activa una subrutina que activa al ladder 3 de ON/OFF, siempre

esta activa porque es ahí donde se activa toda la secuencia del proceso automático por lo cual no

requiere un contacto XIC que la active como se aprecia en la figura 3.44.

Figura 3.44. Salto de subrutina para activar al ladder 3 ON/OFF



101

3.4.1.2 Desarrollo del diagrama de escalera de energizado y paro del proceso

En el diagrama de escalera 3 ON/OFF, la primera línea es un energizado y paro de los equipos, el cual

se presenta en la figura 3.45.

Figura 3.45. Diagrama de escalera 3 energizado y paro del proceso

La bobina OTE (BAP) que se activa es una bobina auxiliar, la cual cuando se active y según los

sensores activos de las rampas será la bobina BFC correspondiente la que se active para que el actuador

neumático tipo mesa de arrastre MY1 defina las posiciones a las que debe llegar para que se tomen los

pernos (ver figura 3.46).

Figura 3.46. Número de rampas que contienen pernos

Se tiene una línea donde con un XIC de BAP activa una bobina para encender el indicador luminoso

cuando el proceso está activo, para el indicador de paro se utiliza un XIO del mismo energizado y



102

encender otra lámpara ya que no se puede presentar la situación en que los dos estén prendidos (figura

3.47).

Figura 3.47. Bobinas auxiliares para los indicadores de activo y paro.

El diagrama de escalera 3 cuenta con JSR (salto de subrutina), es decir un cambio del ladder 3 al ladder

4 POINT 0 (punto a cero) cuando se desee poner a los actuadores en la posición inicial o el salto al

ladder 5

3.4.1.3 Desarrollo del diagrama de escalera 4 de punto a cero

El diagrama de escalera 4 tiene la programación para poder accionar manualmente los actuadores para

ponerlos en posiciones iníciales para comenzar el cíclo una vez que se haya realizado algún paro, la

programación consiste en poner un contacto XIC para activar a una electroválvula con su respectivo

enclave (contacto XIC de la bobina correspondiente) y con un XIO del final de carrera que se debe

detectar, para que una vez que llegue a la posición deseada, la electroválvula se desactive y se detenga

el actuador (ver figura 3.48), para más detalle ver anexo G.

Figura 3.48. Diagrama de escalera 4 Punto a cero de los actuadores



103

3.4.1.4 Desarrollo del diagrama de escalera del proceso de barrenado y machueleado

El ladder 5 PROCESO tiene la programación de la secuencia y permisivos para efectuar el barrenado y

machueleado automático, en base a los diagramas de flujo, diagrama de estados y ecuación de estado

anteriores. La programación se basa en el método paso a paso para programar la secuencia en la que se

van activar los actuadores. Este método consiste en que al cumplirse la primer etapa se activa la

siguiente, la cual desactiva a la primera evitando que la etapa continúe.

La primer parte del programa activa la etapa del posicionamiento, para lograr esto, en la primera y

segunda línea se presenta un arreglo de contactos XIC para que una vez arrancado y considerando que

existen diez rampas las cuales se tendrán que ir quedando sin pernos, por lo que se deben poner en

paralelo todos los BFC ya que cualquiera de ellos se puede activar si contienen pernos, este arreglo

finalmente activa una bobina auxiliar para expulsar al actuador neumático de doble vástago, el cual se

desactiva cuando se activa BMAS que es la etapa siguiente.(figura 3.49)

Figura 3.49. Arreglo requerido para expulsar al actuador de doble vástago según sensores activos en las rampas

En la figura 3.49 las líneas 000 y 001 se activan bobinas auxiliares para accionar a AMAS (Actuador

neumático de doble vástago) ya que el programa RsLogix no permite poner en paralelo más de 5 líneas

por lo cual se recurre a utilizar dos bobinas auxiliares con sus respectivos enclaves.



104

Dependiendo de la cantidad de pernos a barrenar y machuelear es el numero de ciclos que se debe

repetir el proceso, por lo cual en la línea 003 de la figura 3.49 se coloca un MOV (Se mueven los

valores de la variable a otra dirección) donde desde una localidad de entero (N7:0) se indica el total de

piezas, este se mueve al preset del contador C5:0 el cual lleva el conteo cada vez que se activa AMAS,

esto para que una vez que se termine la cantidad de pernos, el contacto XIO C5:0/DN se abra lo que no

permite que el ciclo continúe.

En la figura 3.50 se puede apreciar de mejor el método paso a paso con las etapas y los finales de

carrera que permiten que se accione la etapa siguiente bloqueando a la anterior; normalmente se

activan únicamente con el final de carrera de la etapa que se está ejecutando, pero para protección se

colocan todos los finales de carrera que se deben estar activos. Este método se utiliza para accionar el

actuador neumático guiado CXS y la pinza neumática 1MHF2.

Figura 3.50. Secuencia de actuadores activadas por etapas

En la línea 006 se expulsa la mesa neumática de arrastre, pero debido a las 10 posiciones de las rampas

en las cuales se tiene que detener, se utiliza un arreglo similar al de la figura 3.49. Cuando se expulsa la

mesa neumática de arrastre MY1 con la etapa DMAS, esta sirve para accionar un contador ascendente

CTU el cual se usa para incrementar un contador en cada transición de renglón de falso a verdadero.

Esta instrucción cuenta todas las transiciones de 0 a 1 de la variable colocada en el contacto

normalmente abierto. Tiene variables como el acumulado, la cual se manda a un comparador (EQU)

que lo compara con uno, de ser igual; se activa una bobina de si es igual a D, esto para indicar que es el

primer ciclo del proceso y entonces la primera secuencia debe ser seguida. En el segundo ciclo del

proceso el actuador MSQ no podrá girar a menos que el torno haya terminado el ciclo de barrenar para

que la torreta no tenga una colisión con los actuadores (Figura 3.51), lo cual cumple el permisivo

identificado en el diagrama 3.3 diagrama de estado.



105

Figura 3.51. Contador CTU para indicar el primer ciclo de la secuencia del proceso.

Para indicar que el segundo ciclo comienza se coloca en otra línea con un contador que se activa con

un sensor que se coloca en el torno en la parte en la que se separa de la base, cuando este se active dos

veces da el permisivo para que el ciclo del torno termino y el actuador puede girar. Se logra porque se

iguala el valor al preset (figura 3.52), con ello se activa el C5:4/DN que se utiliza en la etapa para girar

al actuador.

Figura 3.52. Contador CTU activado por el sensor del torno para indicar termino del barrenado

La secuencia de los actuadores se realiza en base a los aspectos mencionados y se puede revisar en el

anexo G. Para iniciar el ciclo del torno no se coloca un enclave, ya que solo requiere de un pulso para

iniciar la operación ver figura 3.53.

Figura 3.53. Accionamiento del ciclo automático del torno para barrenar



106

Para retraer el actuador neumático tipo mesa de arrastre MY3 se utilizan bobinas auxiliares debido a

que al inicio se expulsa toda la carrera, en la retracción debe regresar a la posición de la primer rampa

cuando se encuentran todas las rampas con pernos y una vez que ya se hayan barrenado esos pernos;

cuando regrese debe parar en la segunda rampa y así sucesivamente.

Por lo tanto cuando se vaya regresando y se detecten nueve sensores, debe parar en D UNO, para lo

cual cuando se detecte ese final de carrera, se debe abrir la etapa para que la bobina DMENOS no siga

energizada y el actuador neumático tipo mesa de arrastre MY1 se retraiga hasta la posición de la primer

rampa ya que si no el ciclo no continuará. Para cumplir lo anterior se maneja el arreglo de la figura

3.54 y poder asegurar que se detendrá en la rampa siguiente que contenga pernos.

Figura 3.54. Método de las etapas en cada una de las bobinas auxiliares para activar a la mesa neumática de

arrastre MY1

En la figura 3.55 se muestra como queda en arreglo los paralelos de las bobinas auxiliares y cuando

únicamente la rampa 10 contiene pernos, ya que como se mencionó anteriormente, solo se pueden

poner cinco paralelos consecutivos. A pesar de que los contactos cerrados de los finales de carrera que

detendrán la retracción de la mesa, se colocan en cada línea de las bobinas auxiliares, también se

colocan en serie con los respectivos contactos XIC de las bobinas para asegurar que se detenga en la

rampa deseada.



107

Figura 3.55. Línea que acciona la retracción del actuador neumático tipo mesa de arrastre MY1.

La programación para subetapa de suministro y posicionamiento se detallan en el anexo G. Por lo que

continuando con la programación de la lógica de las subetaps de traslado y retiro se toma como

referencia el diagrama de flujo, el diagrama de estado y la ecuación de estado para utilizar el método

paso a paso traducido en lenguaje de escalera.

Para poder realizar la expulsión de la mesa neumática de arrastre MY3 se utiliza una bobina auxiliar P2

que indica que la expulsión, se realiza hasta la posición dos, es decir se coloca cerca del torno para

efectuar el traslado como se muestra en la figura 3.56. También se vuelve a utilizar un contacto del

contador que detecta la activación del sensor del torno que indica que termina el barrenado, por lo tanto

cuando todos los contactos se cierran, se expulsa el actuador.

Figura 3.56. Expulsión del actuador neumático tipo mesa de arrastre MY3



108

En el momento de retraer la mesa neumática de arrastre MY3 para asegurar que se detendrá en el final

de carrera intermedio F1 para poder colocar el perno en la boquilla del taladro y efectuar el

machueleado, es necesario poner los contactos de los finales de carrera del actuador neumático tipo

mesa de arrastre como XIO ya que cuando se detecten, se deben detener en esa posición; por lo que se

realiza el arreglo de la figura 3.57.

Figura 3.57. Retracción del actuador neumático tipo mesa de arrastre hasta la posición intermedia

En la figura 3.57 se adiciona una línea para activar al actuador porque no se puede realizar con la

misma FMENOS ya que en cierto instante se vuelve a recibir un pulso y se retrae el actuador

completamente, movimiento que no es el deseado y que se elimina con el arreglo y finales de carrera

auxiliares para asegurar que la secuencia es la correcta.

Cuando se llega a la etapa para accionar al taladro, esta se activa cuando se cierra la boquilla y se

cumplen todos los permisivos que son los finales de carrera de la etapa anterior, y al igual que el

taladro, solo requiere de un pulso para iniciar el machueleado como se muestra en la figura 3.58.

Figura 3.58. Etapa donde se inicia la operación de machueleado.

Una vez que se termina el machueleado se debe abrir la boquilla iniciando la subetapa del retiro por lo

que es necesario auxiliarse de un contacto XIO del sensor del taladro ubicado cerca de la boquilla para

detectar la presencia del taladro y con ayuda de un contador, que tiene un preset igual a 2 el cual cuenta



109

desde el inicio debido a que no se detecta por lo tanto no se abre y entonces el CTU acumula un 1, al

terminar de machuelear no se vuelve a detectar y el CTU llega a dos y entonces se permite abrir la

boquilla del taladro, programación que se muestra en la figura 3.59.

Figura 3.59. Apertura de la boquilla del taladro para retiro del perno barrenado y machueleado

Después de abrir la boquilla el accionamiento de los actuadores cumplen el método por lo que no se

explica cada una de ellas pero se analizar al revisar el programa completo en el anexo G. Otros

elementos adicionales son un MOV el cual permite guardar en una variable N7 un valor numérico que

será la cantidad de pernos a barrenar y machuelear (figura 3.60).También se tiene un CTU para tener el

conteo de cuantos pernos se terminan. Además en las últimas líneas se presentan las bobinas RES

(reset) que es la instrucción que restablece los contadores al activarse un XIC correspondiente. (Para

ms detalle ver anexo G)

Figura 3.60. Conteo de pernos terminados en base al pedido

3.4.2 Verificación de la lógica programada de la secuencia de los actuadores del proceso automático

del barrenado y machueleado

Para comprobar la secuencia de la lógica programada, se recurre a utilizar tres programas, el emulador

de Rslogix 500, Fliudsim y Labview. El emulador sirve para poder emular la activación de las entradas



110

y salidas del PLC, en Fliudsim se desarrolla el arreglo de conexión de los actuadores para obtener el

diagrama de estado de la respuesta de los actuadores y Labview se utiliza para desarrollar un panel

virtual que funge como la botonera y elementos físicos como lámparas que se instalaran para tener el

monitoreo del proceso.

Al programa presentado en el anexo J se le realizan algunos cambios para efecto de emulación de

entradas. El primero de dichos cambios es que el ladder 2 I/O ya no es del redireccionamiento de

entradas y salidas porque las entradas no serán físicas si no emuladas. Por lo tanto el diagrama de

escalera 2 es el ON/OFF para energizar o parar todo el sistema, el diagrama de escalera 3 se vuelve el

de punto a cero y el diagrama de escalera 4 es el la programación del método paso a paso en el lenguaje

de diagrama en escalera del proceso de barrenado y machueleado.

Los cambios más notables están en el diagrama de escalera 4 PROCESO donde se utiliza un

temporizador al energizado para simular el tiempo de barrenado (figura 3.61), instrucción que sirve

para retardar una salida. El temporizador empieza a contar intervalos de tiempo cuando las condiciones

del renglón se hacen verdaderas y siempre que las condiciones del renglón permanezcan así, el

temporizador incrementa su acumulador hasta llegar al valor preseleccionado, en caso son 10 s. que es

el tiempo máximo en el que se realiza un barreno, considerando que se barrena el perno de mayor

longitud y diámetro, es importante mencionar que para pernos de otras dimensiones el tiempo de

barrenado es menor.

El acumulador se restablece (regresa a 0) cuando las condiciones del renglón se hacen falsas, se llega a

este estado cuando el TON (T4:0) termina de contar y se activa el contacto T4:0/DN que permite que la

etapa siguiente continúe (Gira actuador mesa giratoria 3), como se muestra en la figura 3.61.

Figura 2.61. Tiempo de barrenado de un perno que corresponde al accionamiento del torno para barrenar



111

La representación del tiempo de machueleado de un perno también se establece con un TON (T4:1)

con un tiempo promedio de machuelear de 3 s con base en el diagrama de flujo operativo (figura 3.62),

esto para indicar que se termino el machueleado y que se puede abrir la boquilla del taladro para

realizar la sub-tapa de retiro.

Figura 3.62. Tiempo promedio de machueleado de un perno que corresponde al accionamiento del taladro

Con los cambios anteriores se tiene el programa para poder simular la automatización de la estación de

barrenado y machueleado y comprobar el correcto funcionamiento de los actuadores. La simulación de

la programación se desarrolla con el programa de emulación con el que cuenta RsLogix llamado

RsLogix Emulated 500. Esta tecnología consiste en un programa que emula el funcionamiento de un

PLC, pero que corre en un hardware de PC. Las ventajas de utilizar un hardware estándar para verificar

la programación son:

Poder verificar la lógica de la programación sin necesidad de tener un PLC físico donde

realizar las pruebas

Para modificaciones de programación de un PLC ya programado, no se requiere traerlo

parando el proceso.

Cuando ya se tiene simulado se puede asegurar su correcto funcionamiento.

Comunicación del programa Rslogix 500 con el emulador Rslogix 500

Para comenzar una emulación se verifica que no exista ningún error en la programación. Una vez que

no existen errores, se realiza la comunicación entre RsLogix 500 y el emulador de RsLogix 500 por

medio de un driver de comunicación RsLinkx, por lo cual se procede a guardar el programa con

extensión .ACH para que el emulador ejecute ese archivo, se recomienda poner un nombre diferente al

del programa desarrollado (figura 3.63).



112

Figura 3.63. Archivo con extensión .ACH para la emulación del programa

Para comenzar la emulación, en la pantalla principal, se oprime el icono de RSWho que nos permite

ver que programa se están comunicando como Linx Gateways Ethernet (figura 3.64).

Figura 3.64. Ventana RSWho

Agregar al emulador 500 se realiza por medio de la configuración de drivers (icono ubicado en la barra

de iconos), donde se busca al driver emulador SLC 500, donde se asigna nombre del driver como se

muestra en la figura 3.65.

Figura 3.65. Configuración del driver para la emulación del programa



113

Para verificar que el driver se agregó correctamente se puede verificar en la ventada de RSWho. Una

vez agregado el driver de comunicación. Para iniciar la emulación, se abre el emulador, y se busca y

abre el archivo con extensión .ACH para ponerlo activo donde se pone el numero de estación con la

que se trabaja, dicho numero es preferible sea diferente a la estación del driver (Figura 3.66).

Figura 3.66. Asignación de número de estación en el emulador de RsLogix 500

Una vez abierto el archivo, se pasa a modo RUN para activar al emulador. Para concluir la

comunicación con el PLC, en el icono de comunicaciones aparece el driver del emulador, se selecciona

y se despliegan las estaciones de trabajo existentes de las cuales se elige la estación con la cual se está

ejecutando el emulador 500, en este caso la 09 y después de aplicar al proyecto (apply Project) se

descarga el programa (dowload). (Figura 3.67)



114

Figura 3.67. Comunicación para descargar el programa a la estación creada en el emulador

Se trabaja en línea para correr el programa, lo cual se realiza en la barra de estado del procesador.

Cuando el programa esta emulando las líneas de alimentación cambian a color verde indicando que

esta activa la emulación como la figura 3.68.

Figura 3.68. Ejecución del programa con el emulador de RsLogix 500

Una vez ejecutando el programa, las entradas se pueden activar seleccionado el contacto, y oprimiendo

el botón secundario para desplegar una lista de opciones de las que se elige activar el bit (Toggle Bit)

(ver figura 3.69), con el cual al seleccionarlo, se nota como cambia el contacto a color verde que

significa que se encuentra activo.



115

Figura 3.69. Activación del energizado para los actuadores y maquinaria del proceso

Debido al número de entradas salidas y a que su activación debe ser continua en la detección de los

finales de carrera y activación de las electroválvulas, no es práctico verificar la respuesta de la lógica

programada activando cada contacto. Por lo que adicionado al emulador de RsLogix 500 se utiliza el

programa de Festo FluidSIM, con el cual se pueden representar actuadores neumáticos y simular su

accionamiento, ya que cuenta con todas las herramientas necesarias que se requieren físicamente para

su funcionamiento como válvulas electroneumáticas, unidad de mantenimiento, suministro de aire,

conexiones, etc., además de que permite obtener el diagrama de estado de los actuadores.

3.4.2.1 Desarrollo del circuito electroneumático

FliudSim es un programa que permite desarrollar circuitos electroneumáticos ya que cuenta con todos

los accesorios y conexiones necesarias para poder simular un proceso. En la figura 3.70 se muestra la

vista principal de FluidSIM con sus partes principales para realizar un proyecto.

Figura 3.70. Partes principales de FluidSIM



116

Barra de estado: Contiene las funciones principales del programa como guardar, editar, ejecutar la

simulación del programa, etc.

Barra de herramientas: Contiene los iconos de las herramientas más usadas en el desarrollo del

programa.

Biblioteca: Contiene todos los elementos neumáticos, alimentaciones y equipos para desarrollar un

programa.

Área de trabajo: Espacio con el que cuenta para colocar los elementos y simular el funcionamiento.

La automatización del proceso de barrenado y machueleado se realiza con 10 actuadores, los cuales se

representan en FluidSIM con cilindros neumáticos de doble efecto debido a que solo interesa que las

entradas se activen al ser detectadas por los finales de carrera, así como la respuesta de estos en base a

la programación para verificar que la secuencia se cumple y que no se presenten problemas de

colisiones o empalmes en la ejecución de actuadores en las subetapas de posicionamiento y traslado.

Para representar la apertura y cierre de las boquillas tanto del torno como del taladro, se utiliza un

cilindro de doble efecto para cada uno, esto a su vez permite visualizar el tiempo total del proceso

incluyendo los tiempos de barrenado y machueleado.

Accionar los actuadores de dos posiciones requiere de válvulas electroneumáticas 5/2 con pilotaje

neumático interno; los actuadores de más de dos posiciones requieren válvulas electroneumáticas 5/3

con centros bloqueados y pilotaje neumático interno.

Los actuadores requieren un suministro neumático para su accionamiento; el suministro máximo en

FluidSIM es de 20 bar, aunque la presión para la simulación es de 9 bar ya que es la necesaria para

tener una respuesta rápida, constante y obtener una expulsión o retracción de los actuadores ya que si

los finales de carrera no se detectan no se presenta respuesta alguna o los tiempos de respuesta son

diferentes. El suministro se conecta por medio de la unidad de mantenimiento, en la figura 3.71 se

muestra el arreglo de los actuadores para la automatización.

Donde cada actuador se representa por:

Cilindro neumático de doble efecto A representa el actuador neumático de doble vástago CXSW.

Cilindro neumático de doble efecto B representa el actuador neumático guiado 1 CXS.

Cilindro neumático de doble efecto C representa la pinza neumática 1 MHF2.



117

Cilindro neumático de doble efecto D representa el actuador neumático tipo mesa de arrastre

MY1.

Cilindro neumático de doble efecto E representa el actuador mesa giratoria 1 MSQ.

Cilindro neumático de doble efecto K representa la boquilla del torno.

Cilindro neumático de doble efecto F representa el actuador neumático tipo mesa de arrastre MY3.

Cilindro neumático de doble efecto G representa el actuador neumático guiado2 CXS.

Cilindro neumático de doble efecto H representa la pinza neumática 2 MHF2.

Cilindro neumático de doble efecto I representa el actuador mesa giratoria 2 MSQ.

Cilindro neumático de doble efecto J representa el actuador mesa giratoria 3 MSQ.

Cilindro neumático de doble efecto L representa la boquilla del taladro.

Figura 3.71. Arreglo de los actuadores en FluidSIM

Actuador de

doble vástago

Actuador

guiado 1

Pinza

neumática 1

Mesa neumática

de arrastre 1

Mesa

giratoria 1 Boquilla

del torno

Boquilla

del taladro

Actuador

guiado 2

Pinza

neumática 2

Mesa

giratoria 2

Mesa

giratoria 3

Mesa neumática

de arrastre 2



118

Comunicación entre RsLogix 500 y FliudSIM

Accionar los actuadores requiere de una comunicación entre RsLogix 500 y FluidSIM por medio del

programa RsLinx, a través de un tópico el cual permite la comunicación; para ello se abre RsLinx y se

oprime el icono de configuración de tópico, se crea un tópico nuevo con un nombre para su

identificación (ver figura 3.72). Es importante aplicar el proyecto a la estación de trabajo con la que se

trabaja para poder finalizar la configuración del tópico.

Figura 3.72. Configuracion del topicopara comunicar a Rslogix 500 con Fluidsim

Para efectuar correctamente la comunicación se utilizan puertos de comunicación de salida (out) de

FluidSim para mandar a RsLogix 500 la respuesta de la activación de los componentes y las entradas

(in) de FluidSIM que permite que RsLogix 500 mande su lógica para ejecutar, dichos puertos se

localizan en la biblioteca de Fluid SIM. (Ver figura 3.73)

Figura 3.73. Puertos de comunicación de FluidSIM



119

En cada uno de los puertos al oprimir el botón secundario, se despliegan opciones, de las cuales se

elige propiedades para poder elegir el tópico que se creó y poder seleccionar el servidor OPC (Object

Linking and Embedding for process control /vinculación e incrustación de objetos para el control de

procesos) para comunicarse con las direcciones del PLC con las cuales se tendrá acceso (ver figura

3.74).

Figura 3.74. Ventana del puerto de salida de FluidSIM

Se puede seleccionar entre un servidor OPC o un servidor remoto OPC, en este caso se elige uno

remoto debido a que se va a automatizar la etapa de barrenado y machueleado y esta quedaran como

una sola, entonces si se presenta el caso de que se automatizará toda la planta, dentro del servidor OPC

se encontraría derivado el remoto de la estación de barrenado y machueleado al igual que los OPC’s

remotos de las otras etapas. Por lo tanto se selecciona el remoto como se presenta en la figura 3.75.

Figura 3.75. Selección del servidor



120

En el servidor remoto se puede encontrar el tópico creado y otros existentes, si se escoge en línea

(online) se puede ver todo tipo de direcciones del PLC y poder elegir la dirección con la que se trabaja,

en este caso son direcciones binarias (ver tabla 3.76).

Figura 3.76. Selección del tópico y direcciones de RsLogix 500

Para comunicar el puerto de entrada FluidSIM IN también se realiza el procedimiento anterior. Para

accionar cada entrada del puerto FluidSIM OUT, se colocan contactos abiertos, los cuales se

encuentran en la biblioteca, a cada uno se le pone la etiqueta de cada uno de los finales de carrera,

mediante las cuales trabaja FluidSIM, ya que cuando se detecta algún final de carrera se cierra su

contacto correspondiente según la etiqueta, para que la comunicación se realice; el contacto se debe

conectar con la dirección bit correspondiente con la lógica programada.

Para el puerto FluidSIM IN se colocan válvulas solenoides ya que son los elementos que simulan las

salidas del PLC, también se le debe poner la misma etiqueta que se tiene en el arreglo de los actuadores

así como conectarla al bit correspondiente para que la secuencia sea la programada en RsLogix 500.

Las conexiones de entradas y salidas de los puertos de FluidSIM se muestran en la figura 3.77.



121

Figura 3.77. Conexiones de los puertos de comunicación

Verificar la secuencia visualizando la expulsión o retracción de los actuadores no es práctico, por lo

que se coloca un diagrama de estado el cual muestra el comportamiento de los actuadores graficando

su respuesta. Al diagrama se arrastra cada cilindro neumático y se coloca en el cuadro, ahí aparece el

nombre del elemento y cuando este se activa comienza a trazar su trayectoria; dicho diagrama se


Figura 3.78. Diagrama de estado de los primeros dos actuadores



122

Con lo anterior se puede verificar la secuencia de los actuadores, ya que al detectar y accionar al

elemento correspondiente la repuesta se visualiza. Pero el energizar, parar y poner a los actuadores en

posición inicial cuando se realice algún paro, se debe hacer con activando cada bit (toggle bit) como se

explico anteriormente, lo cual no es práctico, por lo que para activar estas entradas se diseña un panel

virtual con el programa de LabVIEW, esta herramienta se utiliza para fines de simulación en

representación de la botonera y elementos físicos.

3.4.2.2 Desarrollo del panel virtual para verificar la lógica programada

LabVIEW es una herramienta gráfica para pruebas, control y diseño mediante la programación. El

lenguaje que usa se llama lenguaje G (Gráfico). Los programas desarrollados con LabVIEW se llaman

Instrumentos Virtuales. LabVIEW consigue combinarse con todo tipo de software y hardware, tanto

del propio fabricante como de otros fabricantes., por lo cual aprovechando esa ventaja se utiliza este

software [15]. La vista principal del panel frontal se muestra en la figura 3.79 con sus partes principales

como la barra de estado y de herramientas.

Figura 3.79. Vista principal del panel frontal de LabVIEW

Panel frontal: Es la interfaz gráfica con el usuario que recoge las entradas procedentes del usuario y

representa las salidas proporcionadas por el programa. En el panel frontal se pueden colocar botones,

pulsadores, potenciómetros, gráficos, etc., y cada uno de ellos puede estar definido como un control o

un indicador.

Barra de estado: Cuenta con el icono para desplegar la ventana de diagrama de bloques (show

diagram) como se presenta en la figura 3.80. El diagrama de bloques constituye el código fuente y es

Barra de estado

Barra de herramientas Panel frontal

http://es.wikipedia.org/wiki/Programaci%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Lenguaje_G&action=edit&redlink=1



123

donde se realiza la implementación del programa para controlar o realizar cualquier procesado de las

entradas y salidas que se crearon en el panel frontal.

Paleta de herramientas (Tools palette): Se emplea tanto en el panel frontal como en el diagrama de

bloques y contiene las herramientas necesarias para editar y depurar los objetos dicha paleta se muestra

en la figura 3.80.

Figura 3.80. Paleta de herramientas

Paleta de controles (Controls palette): Se utiliza únicamente en el panel frontal y contiene todos los

controles e indicadores que se emplearán para crear la interfaz con el usuario, dicha paleta se presenta

en la figura 3.81.

Figura 3.81. Paleta de controles

Paleta de funciones (functions palette): La paleta de funciones se emplea en el diagrama de bloques

(ver figura 3.82) y contiene todos los objetos que se emplean en la implementación del programa, ya



124

sean funciones aritméticas, señales de entrada/salida, entrada/salida de datos a fichero y

temporizadores.

Figura 3.82. Paleta de funciones

Aplicando algunas de las herramientas de cada una de las paletas se crea un panel virtual en el panel

frontal con la que se tendrá acceso a la activación de las entradas del PLC como energizar, parar, poner

los actuadores en posición inicial e indicar el total de pernos, así como visualizar el estado del proceso

por medio de las lámparas de activo y paro, cantidad de pernos terminados, dicha interfaz se muestra

en la figura 3.83, recordando que su diseño no se contempla en el planteamiento económico ya que

solo es para realizar las pruebas correspondientes.

Figura 3.83. Panel virtual del proceso automático de barrenado y machueleado de pernos tipo Pull Dowel

Programación del panel virtual en el diagrama de bloques



125

En la ventana de diagrama de bloques se muestra, cada elemento que contiene el panel frontal para la

programación, en un inicio después de tener el diseño del panel virtual, los componentes del diagrama

de bloques no se colocan de la misma forma que en panel frontal ya que en ocasiones se enciman los

componentes por lo que se tienen que acomodar según la programación.

Encender las lámparas cuando el proceso este activo, inactivo o se termine el proceso, requiere de crear

una variable local del indicador luminoso así como de los indicadores digitales como en la figura 3.84,

ya que por medio de él, cuando el valor sea cierto (valor=1), se enciende la lámpara.

Figura 3.84. Variable local del indicador digital Activo

En la paleta de funciones se busca un comparador de diferente de cero para poder definir el estado

activo (valor= 1) y se active la lámpara. Con las variables locales correspondientes se realiza la

conexión (ver figura 3.85).

Figura 3.85. Conexión de las lámparas realizada



126

Para desaparecer los indicadores del panel virtual, se crea un nodo de propiedad a cada una de las

lámparas, al nodo de propiedad se le crea una constante de falso o verdadero que son para visualizar o

no al indicador. Los tres indicadores deben tener su constante de falso o verdadero como en la figura

3.86.

Figura .3.86.Constantes de falso y verdadero de los indicadores

El botón restablecer del panel virtual, permite poner a los actuadores en posiciones iníciales, los

botones que accionaran la lógica del PLC para activar a las solenoides correspondientes, se encuentran

deshabilitados mientras no se active esa condición; una vez que activa la opción, se activan los botones

para accionar las válvulas solenoides manualmente, para ello se realiza una programación por medio de

una comparación para habilitar y deshabilitar. Para activar los botones y accionar las electroválvulas,

se requiere crear un nodo de propiedad de cada boton para realizar la conexión como se presenta en la

figura 3.87.

Figura 3.87. Ventada de diagrama de bloques con la programación



127

Para comunicar el software de LabVIEW con RsLogix 500 se crea un tópico en RsLinx, en este caso se

busca el tópico que se creó anteriormente, y se elige la estación de trabajo 09. Con la comunicación

realizada, se procede a direccionar cada botón y lámpara. Para direccionar los botones se da clic con el

botón secundario para desplegar opciones, de las cuales se elige la conexión de datos (Data Conection);

donde se elige el puerto de conexión de datos como en la figura 3.88.

Figura 3.88. Procedimiento para direccionar botones

Se busca el tópico y las direcciones del programa del PLC, una vez encontradas se asigna la dirección a

cada componente (ver figura 3.89), para las lámparas la dirección se asigna al indicador digital, se

utiliza el indicador y no la lámpara, porque primero debe pasar por la comparación de si es diferente de

cero para activarse.

Figura 3.89. Procedimiento para direccionar la lámpara de botón de paro



128

3.4.3 Pruebas de simulación de la lógica programada

Con los tres programas comunicados se procede a verificar la lógica programada en el PLC, con

RsLogix 500 emulando, activado el panel virtual y FliudSIM. Se da inicio al proceso al introducir el

total de pernos que se colocan en el dosificador la cual para esta prueba es de 5 pernos como se


Figura 3.90. Ingreso del total de piezas a barrenar y machuelear

Se energiza por medio del panel virtual, lo que permite ver en Rslogix 500 la activación del BA B3:0/7

al oprimir el botón, lo que activa a la BAP B3:0/5 como se muestra en la figura 3.91.

Figura 3.91. Energizado del equipo del proceso



129

En la figura 3.91 se aprecia como la lámpara indicadora de activo del panel virtual está encendida. Una

vez activada BAP e ingresada la cantidad de pernos, se activan 9 de los 10 sensores de las rampas, ya

que se supone se colocan los pernos en esas rampas, por lo que se activa la bobina BFC4 como se


Figura 3.92. Detección de sensores activos en rampas

Después de ello, en RsLogix 500 se pasa al ladder 4 y en el panel se oprime INICIO DE CICLO para

comenzar con el proceso como la figura 3.93, donde también se muestra como se activa la bobina de

AMAS la cual expulsa al actuador neumático de doble vástago y una vez que se detecta el final de

carrera A1 se detiene esa etapa y se expulsa el actuador guiado 1 continuando con la programación del

método paso a paso.

Figura 3.93. Expulsión del actuador de doble vástago



130

Dicha secuencia se verifica en el diagrama de estado de FliudSIM. La subetapa de posicionamiento se

cumple tal y como fue programada en el PLC, esta respuesta se presenta en la figura 3.94.

Figura 3.94. Diagrama de estado de la respuesta de los actuadores de la sub-etapa de posicionamiento

Se puede notar que la mesa neumática de arrastre se detiene en el final de carrera D1 (ver figura 3.95)

ya que 9 de las 10 rampas contienen pernos.

Figura 3.95. Mesa neumatica de arrastre detenida en la segunda rampa

Actuador de doble vástago

Actuador guiado 1

Pinza neumática 1

Mesa de arrastre MY1

Mesa de giratoria 1

Boquilla del torno



131

Continuando con la secuencia de los actuadores, inicia la subetapa de traslado cuando el actuador

neumático tipo mesa de arrastre MY3 se expulsa; esta subetapa termina cuando el perno se coloca en la

boquilla e incia el machueleado como se muestra en la figura 3.96, terminando la subetapa de traslado.

Figura 3.96. Inicio del machueleado del perno

Alterminar el machueleado comienza la subetapa de retiro una vez que se abre la boquilla y la pinza

cierra para tomar el perno. Una vez que se cumple la secuencia, termina la subetapa de retiro cuando el

perno cae en el contenedor y los actuadores regresan a posicion inicial (ver figura 3.97)

Figura 3.97. Termino de la subetapa de retiro


Actuador guiado 1

Pinza neumática 1

Mesa neumática de arrastre

Mesa de giratoria1

Boquilla del torno

Mesa neumática de arrastre MY3

Actuador guiado 2

Pinza neumática 2

Boquilla del taladro

Mesa de giratoria 2

Mesa de giro 3


Actuador guiado 1

Pinza neumática 1


Mesa de giratoria1

Boquilla del torno


Actuador guiado 2

Pinza neumática 2


Mesa de giratoria 2

Mesa de giro 3



132

En la figura 3.97 se muestra que en el segundo cíclo de la subetapa de posicionamiento no puede

terminar si no hasta que la mesa neumatica de arrastre se ubique en el contenedor para que la pinza

deposite el perno. Una vez que los actuadores de la subetapa de retiro regresan a su posicion inicial, en

el indicador de pernos terminados del panel virtual de 0 pernos cambia a uno, como se muestra en la

figura 3.98.

Figura 3.98. Indicacion de un perno terminado.

Con la simulacion anterior se determina que la programacion del PLC es la correcta para la

utomatizacion de la estacion de barrenado y machueleado,ya que la ejecucion de lo actuadores no se

empalman y llegan a las posiciones deseadas. En la figura 3.99 se muestar el diagrama de estado de

todos los actuadores una vez que se ya se repite el cíclo cicno veces, confirmando que la programacion

no tiene errores.



133

Figura 3.99. Diagrama de estado de secuencia de los actuadores de la automatización del proceso de barrenado

y machueleado de pernos Pull Dowel

Prueba de paro del proceso

Para verificar que en caso de realizar un paro del proceso este se realice correctamente, en el panel se

oprime el botón de paro (ver figura 3.100), en ese instante en RsLogix 500 se desactiva el BP,

desenclavando a la bobina auxiliar BAP lo que evita que se llame a la subrutina que activa al ladder 5

realizando el paro.


Actuador guiado 1

Pinza neumática 1


Mesa de giratoria1

Boquilla del torno


MY3

Actuador guiado 2

Pinza neumática 2


Mesa de giratoria 2

Mesa de giratoria 3



134

Figura 3.100. Paro del proceso

En la figura 3.101 se muestra la respuesta de los actuadores ante el paro del proceso, para confirmar

que la lógica de la programación del PLC se cumple.

Figura 3.101. Paro de los actuadores del proceso


Actuador guiado 1

Pinza neumática 1


Mesa de giratoria1

Boquilla del torno


Actuador guiado 2

Pinza neumática 2


Mesa de giratoria 2

Mesa de giro 3



135

Prueba de restablecimiento del proceso automático de una estación de barrenado y machueleado

Una vez que se detiene el proceso, se tiene que volver a introducir la cantidad de pernos que contiene

el dosificador, en este caso el número de pernos que faltan de barrenar y machuelear dado que una

parte de ellos ya están en el contenedor de pernos terminados. Saber cuántos pernos faltan es fácil ya

que la cantidad de pernos terminados se verifican en el panel (ver figura 3.102).

Figura 3.102. Cantidad de piezas que faltan por manufacturar

En el panel se oprime el botón de restablecer para poner a los actuadores en posición inicial y reiniciar

el proceso, con ello en el PLC se activa la subrutina de punto a cero (point 0) como se muestra en la

figura 3.103.

Figura 3.103. Contacto de Point 0 activo



136

En el panel se tienen los botones los cuales se oprimen para regresar los actuadores, la bobina

correspondiente se activa accionando a cada actuador. En la figura 3.104 se muestra el diagrama de

estado de los actuadores una vez que se regresa cada actuador a su posición inicial de forma manual.

Figura 3.104. Actuadores en posiciones iníciales

Para reiniciar el proceso, en el panel se desactiva el botón de restablecer y se oprime inicio de ciclo

como en la figura 3.105 donde se también se muestra la respuesta de los actuadores.

Figura 3.105. Reinicio del proceso automático de barrenado y machueleado



137

Prueba de término de pedido

Al término de la manufacturar de pernos, en el indicador de pernos terminados del panel se presenta la

cantidad de piezas y el encendido de la lámpara de término (ver figura 3.106), en base a que el

contador del PLC llega al preset establecido por medio del panel virtual.

Figura 3.106. Término del proceso automático de barrenado y machueleado de pernos Pull Dowel

El capítulo presentado contiene la solución seleccionada para resolver los problemas de la empresa

ICSA resultado de un gran número de propuestas planteadas antes de llegar a esta final, ya que

conforme se planteaba una solución y se avanzaba en su desarrollo se encontraron inconsistencias para

dar solución a los problemas presentados, de igual manera la metodología empleada contribuyó a la

selección y consolidación del desarrollo de ingeniería que se presenta. Por otra parte durante el estudio

de las posibles soluciones se encontraron algunas aptas y viables desde el punto de vista técnico y de

operación de la máquina, sin embargo no de igual forma desde el punto de vista económico recordando

que el presente trabajo se desarrolla bajo la premisa de tener un presupuesto predeterminado para el

desarrollo del mismo como se trata en el capítulo IV.

CAPÍTULO IV

PLANTEAMIENTO ECONÓMICO

El desarrollo de la automatización requiere el respaldo económico de la propuesta, esto

para poder estimar los beneficios económicos que este trabajo trae a dicha empresa y poder

apoyarlo y ejecutarlo, por lo cual en este capítulo se complementa el trabajo con el

desarrollo del planteamiento económico el cual contiene la cotización de cada uno de los

elementos involucrados en la automatización, el costo de la ingeniería y el costo total del

trabajo; en base al presupuesto destinado desde un inicio, ya que el recurso económico es el

factor primordial a cubrir y satisfacer en el cliente.



139

4.1 COTIZACIÓN

La cotización esta en base al recurso económico destinado para el proyecto, por lo que el costo de

actuadores y accesorios, así como del controlador lógico programable y costo el desarrollo de

ingeniería no debe sobrepasa el monto signado. En la tabla 4.1 se presenta el monto destinado para el

desarrollo del proyecto como condición para la propuesta de ingeniería.

Tabla 4.1. Recurso económico destinado para el desarrollo del proyecto.

ÁREA DEL PROYECTO MONTO ASIGNADO

Adquisición de equipo $150,000.00

Desarrollo de ingeniería $200,000

Gastos varios $15,000

TOTAL $365,000.00

En la tabla 4.2 se muestra la cotización de los actuadores y sus accesorios como válvulas, finales de

carrera, conectores, manguera de conexión, manifold etc. La marca SMC es la que se ajusta más al

costo total destinado para la adquisición de equipo, manteniendo una buena confiabilidad y calidad en

los productos.

Tabla 4.2. Cotización de equipo propuesto para la solución.



140

La cotización del PLC se hace con la marca Rockwell, con lo cual se concluye la cotización de los

elementos seleccionado y se puede calcular el monto total empleado para la adquisición de equipo, en

la tabla 4.3 se muestra la cotización del PLC.

Tabla 4.3. Cotización del PLC Micrologix 1200.

COMPONENTE MONTO

Micrologix 1200 $4,800.00

2 Modulos de expansión de entradas $4,182.20

Modulo de expansión de salidas $1,318.50

TOTAL $10300.70

Para establecer el costo de la ingeniería del proyecto se toma en cuenta el personal necesario para que

se lleve a cavo la implementación física del proyecto. Debido a que se trata de un sistema que se va a

desarrollar una sola vez los costos del desarrollo del proyecto son más elevados que si se desarrollara

en serie el sistema. En la tabla 4.4 se muestra el costo de ingeniería en base al personal requerido.

Tabla 4.4. Costo de ingeniería

DESCRIPCIÓN DEL PERSONAL HORAS $/hora NÚMERO DE

ELEMENTOS IMPORTE

Ingeniero en Control y Automatización 600 $200.00 2 $120,000.00

Técnico (apoyo en instalación) 30 $100.00 1 $30,000.00

Capturista 350 $30.00 1 $7,000.00

Dibujante 120 $70.00 1 $8,400.00

Tornero 6 $150.00 1 $900.00

TOTAL. $166,300.00

En la tabla 4.5 se muestra el total del recurso económico de la propuesta, contemplando el equipo y la

ingeniería involucrada.

Tabla 4.5. Recurso económico para el desarrollo del proyecto.

ÁREA DEL PROYECTO MONTO ASIGNADO

Adquisición de equipo $103,735.82

Desarrollo de ingeniería $166,300.00

Gastos varios $15,000.00

TOTAL $285,035.82



141

Considerando que el recurso destinado es de $365,000.00 y el total del recurso económico empleado es

de $285,035.82 se puede determinar que la ganancia que se obtiene de este trabajo es de $79964.18 la

cual equivale a un 22% de la inversión que se realizaría por parte de la empresa ICSA.

4.2 ESTIMACIÓN DEL TIEMPO DE RECUPERACIÓN DE LA INVERSIÓN

Un aspecto relevante cuando se desarrolla un proyecto es el rubro de la inversión, ya sea que la

inversión la realice la misma persona que desarrolla el proyecto o dicha inversión provenga de una

tercera persona como es este caso. El tiempo de recuperación debe de ser adecuado y redituable para el

inversionista, por lo cual en este apartado se realiza un estimado del tiempo de recuperación de la

inversión, cabe mencionar que no se consideran costos indirectos en esta estimación. Para el caso en

cuestión se considera que todos los datos que se presentan en la tabla 4.6 son constantes en el tiempo

de recuperación. La producción presentada en la tabla esta considera el aumento de la producción en un

100 % que el proyecto genera en la producción

Tabla 4.6. Estimación del tiempo de recuperación del proyecto

NUMERO DE

PERNOS PROMEDIO

VENDIDOS AL MES

GANANCIA

UNITARIA

PROMEDIO

GANANCIA MENSUAL

PROMEDIO

TIEMPO DE

RECUPERACIÓN

58620 $ 1.50 $87,930.25 5 MESES

La estimación se realiza con los datos proporcionados por la misma empresa y con información

económica únicamente de los pernos Pull Dowel, ya que los movimientos del resto de los productos de

la empresa no se consideran.

La estimación realizada puede ser más profunda y exacta si se realiza una amortización con todos los

parámetros a seguir, aunque el tiempo sería muy próximo al estimado anteriormente, el realizar este

tipo de cálculos permite visualizar el tiempo a partir del cual la empresa se puede ver beneficiada con

la automatización de las estaciones de barrenado y machueleado del perno tipo Pull Dowel, el cual es

su producto principal a comercializar, dicha estimación



142

CONCLUSIONES

Al término del presente trabajo, se puede afirmar que la automatización cumplen con los objetivos

establecidos, permitiendo que la empresa ICSA aumente su producción para cubrir un mayor sector del

mercado, ya que se eliminan tiempos muertos, se brinda seguridad en la operación de la estación

automatizada y se evitan desperdicios de material.

Lo anterior se logra debido a que el arreglo de los 10 actuadores neumáticos permite suministrar,

trasladar y retirar cada perno de una forma más eficaz, esto en base a la programación en lenguaje de

diagrama de escalera desarrollada en el PLC micrologix 1200, la cual respeta los permisivos

establecidos para continuar o detener el proceso en caso de que alguna condición no se cumpla; además

de que se logra utilizar la parte semiautomática del torno y del taladro sin cambios de diseño ni lógica

de operación. El correcto funcionamiento de la solución planteada se corroboró con el desarrollo de

una simulación, teniendo como conclusiones y observaciones las siguientes:

Emplear el programa FluidSIM para simular los accionamientos de los actuadores del sistema de

manipulación, presenta una consistencia cercana a la realidad al momento de establecer la red de

suministro de aire para los actuadores, ya que mientras se realiza la simulación se observa que los

tiempos de respuesta de los actuadores se ve afectado por la disminución en la presión del aire

suministrado a los mismos, esto como consecuencia de conectar una gran cantidad de actuadores a una

mismo suministro de aire en forma lineal. Por lo que se recomienda verificar que la capacidad de

suministro que requiere el arreglo para instalar, este dentro de la dimensión de la fuente y la requerida

por dichos actuadores, en caso de que no sea así, se sugiere cambiar la configuración de la conexión o

seccionar el arreglo y conectar a múltiples fuentes de suministro.

Al concluir el trabajo de ingeniería se pueden notar varias mejoras para la empresa ICSA, una de ellas

es la disminución de riesgo de accidentes en estas etapas de su proceso, lo cual afecta directamente el

seguro de la empresa y se disminuye la probabilidad de indemnización al operador por un accidente.

El personal que opera las máquinas, también se ve beneficiado, en el aspecto de que los nuevos

elementos que se adicionan a la etapa requieren de mantenimiento y por consiguiente se debe de dar

una capacitación a los operadores de esa maquinaria, lo que amplía el conocimiento de los operarios y

su especialización, con lo cual su nivel de vida se ve favorecido. Se puede observar en la lógica de



143

operación del sistema de manipulación, una certeza de seguridad en su funcionamiento tanto para el

operador, el proceso y el producto [2]. El desperdicio de materiales se ve disminuido por el desarrollo

de esta automatización, lo cual repercute positivamente en la economía de la empresa ICSA.

La selección de la tecnología empleada en la solución propuesta de este trabajo se ve influenciada por

el aspecto económico, por lo cual se deja abierto el tema a nuevas propuestas en las cuales no se tenga

esta limitante; se recomienda contemplar soluciones con base a tecnología de robot y actuadores más

especializados como son los actuadores eléctricos y sistemas de detección más sofisticados como el

tratamiento de imágenes a base de cámaras.

En la cuestión de la interfaz humano maquina (HMI) se sugiere desarrollar las pantallas y su

navegación basándolas en un estudio más profundo ya que tendría la bondad de contabilizar el numero

de pernos elaborados para una mejor organización, además de que el sistema tendría el potencial de

aumentar su impacto en la programación del mantenimiento de la misma maquinaria, ya que el sistema

por medio de la HMI puede dar a conocer el momento oportuno en el cual se debe de realizar el

mantenimiento al sistema y con base en eso programar los tiempos de producción y de paro.

Dentro del trabajo se emplearon herramientas de otras áreas especializadas de la ingeniería, de las

cuales se recomienda realizar un estudio más profundo, como son: un estudio de tiempos y

movimientos, el análisis de los ensambles mecánicos entre los actuadores y el desarrollo de un plan de

mantenimiento.

Para la ampliación de la automatización se puede integrar la etapa tratamiento térmico la cual no se

efectúa en la empresa ICSA; esto da pie a que se pueda realizar la automatización de la línea completa

lo cual optimizaría a un más el desempeño de la empresa.



144

REFERENCIAS

[1] www.fumec.org

[2] D. Mc Cloy y D. M. J. Harris, Robótica una introducción, primera edición, editorial LIMUSA,

México D. F., 1993.

[3]Michel Gilles, Autómatas Programables Industriales Arquitectura y aplicasiones, editorial

Marcobombo, Barcelona, España, 1990.

[4] www.icsamex.com

[5] Industrias Campuzano S.A de C. V. (ICSA), Escuela Superior de Ingería mecánica y eléctrica del

Instituto Politécnico Nacional (ESIME-IPN), “Mejoras tecnológicas a la línea de producción de pernos

Pull Dowel,”, Estado de México, Febrero, 2011.

[6] James Anderson Earl, Teoría del taller Escuela del trabajo Henry Ford, Quinta edición, Editorial G

Gili, 1994.

[7] John Hyde, Josep Regué y Albert Cuspinera, Control electroneumático y electrónico, Editorial

Alfaomega, 1997.

[8] Antonio Guillén Salvador, Introducción a la neumática, primera edición, editorialAlfaomega,

Barcelona, España, 1999.

[9] L. F. Franco Guzmán, J. R. Galicia Jiménez y D. Ostria Valle, “Desarrollo de un sistema de

dosificación automático de alimentos para equinos,” Tesis de Ingeniería, Instituto Politécnico

Nacional, México D.F, Noviembre, 2010.

[10] Soluciones SMC-Actuadores eléctricos (ELEC-ACT_leaf_es), SMC.

[11] Tablero de control de pozos, Comité de normalización de petróleos mexicanos y organismos

subsidiarios, NRF-180-PEMEX-2007.

[12] Ricardo Mayo Bayón. (Enero, 2009) Autómatas programables, Universidad de Oviedo [En línea]

http://www.infoplc.net/documentacion/5-automatas/14-sistemas-domoticos-basados-en-plc

[13] Benjamin W. Niebel, Ingeniería Industrial métodos, tiempos y movimientos, tercera edición,

editorial Alfaomega, México, D. F., 1990.

[14] Ingeniero César Rovira. Diagrama de causa efecto herramientas básicas de la calidad. [En línea].

Página http://www.elprisma.com/apuntes/ingenieria_industrial/diagramacausayefecto/

[15] http://www.esi2.us.es/~asun/LCPC06/TutorialLabview.pdf

http://www.icsamex.com/

http://www.elprisma.com/apuntes/ingenieria_industrial/diagramacausayefecto/

http://www.esi2.us.es/~asun/LCPC06/TutorialLabview.pdf



ANEXO A



ANEXO B



ANEXO C

MHZ�2-16 Prensión externaCriterios de selección

con respecto a la masa de la pieza a sujetarMasa de la pieza:

Distancia del punto de prensión: L = 30mm

Presión de trabajo:

Punto de prensión L mm

Fue

rza

de a

mar

re N

Condiciones de trabajo Cálculo de la fuerza de amarre Selección del modelo adecuado

Ejemplo

Método de amarre: Prensión externa

Procedimiento de selección

Confirmación de la fuerza de amarre

Confirmación de la fuerza de amarre Confirmación de la fuerza externa sobre los dedosConfirmación del punto de prensiónPaso 1 Paso 2 Paso 3

Paso 1

10 20 30 40

10

20

30

40

50 60

24

50Presión 0.7MPa

0.2MPa 0.3MPa

0.5MPa

0.6MPa

Si se sujeta una pieza como se indica en la figura adjunta y de acuerdo con las siguientes definiciones,F: Fuerza de prensión (N)µ: Coeficiente de fricción entre los adaptadores y la piezam: Masa de la pieza de trabajo (kg)g: Aceleración de la gravedad (= 9.8m/s²)mg: Masa de la pieza (N)las condiciones bajo las cuales la pieza no se cae son

2 x µF > mg

y en consecuencia mgF > ––––––– 2 x µ

Como "a" representa el margen de seguridad, F viene determinado por la siguiente fórmula:

mgF = ––––––– x a 2 x µ

Número de dedosSi µ = 0.2 Si µ = 0.1

mgF = ––––––– x 4 2 x 0.2

= 10 x mg

mgF = ––––––– x 4 2 x 0.1

= 20 x mg

10 x masa de la pieza 20 x masa de la pieza

mg

µF

F F

µF

• A pesar de las diferencias que dependen de factores como la forma y el coeficiente de fricción entre los adaptadores y las piezas a sujetar, seleccione un modelo que desarrolle una fuerza de prensión de al menos 10 o 20 veces Nota) superior a la masa de la pieza.

• En aquellos casos en los que se prevean fuertes aceleraciones o impactos, etc., será necesario facilitar un margen de seguridad mayor.

Ejemplo: Si se desea establecer una fuerza de prensión de 20 veces o más sobre la masa de la pieza.Fuerza de prensión requerida = 0.1kg x 20 x 9.8m/s² (aprox.) 19.6N o más

• Si se selecciona el MHZ�2-16D. Se obtiene una fuerza de prensión de 24N del punto de intersección entre la distancia del punto de prensión L= 30mm y una presión de 0.4Mpa.

• La fuerza de prensión es 24.5 ve-ces superior a la masa de la pie-za, y por lo tanto es válida para el valor establecido de fuerza de prensión de 20 veces o más.

"Fuerza de amarre mínima de 10 a 20 veces la masa de la pieza"La recomendación de SMC de elegir una fuerza de 10 a 20 veces a la masa de la pieza de trabajo o superior se basa en un cálculo con el margen de seguridad a=4 y tiene como objeto soportar los impactos que ocurren durante el transporte, etc.

Nota) Incluso si el coeficiente de fricción es superior a µ= 0.2, SMC recomienda, por razones de seguridad, seleccionar una fuerza de amarre mínima de 10 a 20 veces superior a la masa de la pieza.Es necesario prever un margen de seguridad superior para fuertes aceleraciones e impactos, etc.

Selección del modelo

Nota) Para más detalles, véase el dibujo de selección del modelo.

Dibujo de selección del modelo

0

0.4MPa

2-62

Serie MHZ

Selección del modelo

MHZ�2-6� MHZ�2-25�/11-MHZ2-25�

MHZ�2-16�/11-MHZ2-16�

MHZ2-32�

MHZ�2-20�/11-MHZ2-20�

MHZ2-40�

Prensión externa Prensión externa

Confirmación del punto de prensión: Serie MHZ�/Prensión externaPaso 2

MHZ�2, 11-MHZ2

MHZAJ2, MHZJ2

L

L

HH

Punto deprensión

Punto deprensión

50

40

30

20

10

0 10 20 30 40 50 60

60


Dis

tanc

ia d

e vo

ladi

zo H

mm

80

60

40

20

0 20 40 60 80 100

100


Dis

tanc

ia d

e vo

ladi

zo H

mm

0.3MPa

0.4MPa

0.5MPa

0.6MPa

0.7MPa

0.3MPa

0.4MPa0.5MPa

80

60

40

20

0 20 40 60 80 100 120

100

120


Dis

tanc

ia d

e vo

ladi

zo H

mm

50

0 50 100 150

100

150


Dis

tanc

ia d

e vo

ladi

zo H

mm

50

0 50 100 150 200

100

150

200


Dis

tanc

ia d

e vo

ladi

zo H

mm

0.7MPa

0.6MPa

0.7MPa0.6MPa

0.5MPa

Prensión externa

MHZ�2-10�/11-MHZ2-10�

0.3MPa0.4MPa

50

40

30

20

10

0 10 20 30 40 50

60


Dis

tanc

ia d

e vo

ladi

zo H

mm

40

30

20

10

0 10 20 30 40


Dis

tanc

ia d

e vo

ladi

zo H

mm

• Para el funcionamiento de la pinza neumática, el punto de prensión "L" de la pieza y el voladizo "H" deben estar dentro del rango indicado para cada presión de trabajo como se muestran en los gráficos adjuntos.

• Si el punto de prensión de la pieza está fuera de los límites del rango, esto podría afectar negati-vamente a la vida de la pinza neumática.

Presión 0.2MPa

Presión 0.2MPa

0.3MPa 0.4MPa

0.7MPa0.6MPa0.5MPa

Presión 0.2MPa

Presión 0.2MPa

0.3MPa 0.4MPa

0.5MPa

0.6MPa, 0.7MPa

Presión 0.2MPa

Presión 0.2MPa

0.3MPa 0.4MPa

0.5MPa

0.6MPa, 0.7MPa

Presión 0.2MPa

0.3MPa 0.4MPa

0.5MPa0.6MPa

0.7MPa

2-71

Selección del modelo Serie MHZ�

Confirmación de fuerza externa sobre los dedos: Serie MHZ�2Paso 3

Fv

My

L

MpL

Modelo

MHZ�2-6

MHZ�2-10

MHZ�2-16

MHZ�2-20

MHZ�2-25

MHZ�2-32

MHZ�2-40

10

58

98

147

255

343

490

0.04

0.26

0.68

1.32

1.94

3

4.5

0.04

0.26

0.68

1.32

1.94

3

4.5

0.08

0.53

1.36

2.65

3.88

6

9

Momento máximo admisible

L: Distancia al punto de prensión (mm)

Nota) Los valores para carga y momentos de la tabla son valores estáticos.

Mr

L

Cálculo de la fuerza externa admisible(cuando se aplica un momento de carga)

Ejemplo de cálculo

M (momento máximo admisible) (N⋅m)Carga admisible F (N) = –––––––––––––––––––––––––––––– L x 10-3

∗

(∗ Constante de conversión de unidades)

Cuando actúa una carga estática de f = 10N, que crea un momento flector en el punto L = 30mm de la guía MHZ�2-16.

Por lo tanto, la carga resulta válida.

0.68Carga admisible F = –––––––––– 30 x 10-3

= 22.7 (N)

Carga f = 10 (N) < 22.7 (N)

Momento flector:Mp (N⋅m)

Momento torsor:My (N⋅m)

Momento flector transversor:Mr (N⋅m)

Carga vertical admisibleFv (N)

2-73

Selección del modelo Serie MHZ�



ANEXO D



ANEXO E



ENTRADAS DIRECCIÓN INPUT

DIRECCIÓN BIT

ETIQUETA

Botón de arranque I:0/0 B3:0/9 BAF

Botón de paro I:0/1 B3:0/8 BPF











Final de carrera del actuador de doble vástago CXSW I:0/7 B3:1/0 A0

Final de carrera del actuador de doble vástago CXSW I:0/8 B3:1/1 A1



Cierre de la pinza neumática 1 MHF2 I:0/11 B3:1/2 C0

Apertura de la pinza neumática 1 MHF2 I:0/12 B3:1/3 C1


I:0/13 B3:1/4 D0


I:0/14 B3:8/6 D1


I:0/15 B3:8/4 D2


I:0/16 B3:8/5 D3


I:0/17 B3:1/5 D4








Cierre de pinza neumática 2 MHF2 I:0/25 B3:2/3 H0

Apertura de pinza neumática 2 MHF I:0/26 B3:2/4 H1







Cierre de la boquilla del torno I:0/31 B3:6/5 K0

Apertura de la boquilla del torno I:0/32 B3:6/6 K1



Sensor para torno I:0/35 B3:5/1 ST

Sensor para taladro I:0/36 B3:5/2 STA

SALIDAS DIRECCIÓN OUPUT

DIRECCIÓN BIT

ETIQUETA

Solenoide de válvula del actuador de doble vástago CXSW A+

O:0/0 B3:4/5 AMAS

Solenoide de válvula del actuador de doble vástago CXSW A-

O:0/1 B3:4/7 AMENOS

Solenoide de válvula del actuador guiado CXS B+

O:0/2 B3:4/6 BMAS

Solenoide de válvula del actuador guiado CXS B-

O:0/3 B3:3/0 BMENOS

Solenoide de válvula de la pinza neumática 1 MHF2 C+

O:0/4 B3:3/1 CMAS

Solenoide de válvula de la pinza neumática 1 MHF2 C-

O:0/5 B3:3/2 CMENOS

Solenoide de válvula de la mesa neumática de arrastre MY1 D+

O:0/6 B3:3/3 DMAS

Solenoide de válvula de la mesa neumática de arrastre MY1 D-

O:0/7 B3:3/4 DMENOS

Solenoide de válvula de la mesa de giro 1 MSQ E+

O:0/8 B3:3/5 EMAS

Solenoide de válvula de la mesa de giro 1 MSQ E-

O:0/9 B3:3/6 EMENOS

Solenoide de válvula de mesa neumática de arrastre MY3 F+

O:0/10 B3:3/7 FMAS

Solenoide de válvula de mesa neumática de arrastre MY3 F-

O:0/11 B3:7/0 FMENOS

Solenoide de válvula actuador guiado 2 CXS G+

O:0/12 B3:7/1 GMAS

Solenoide de válvula actuador guiado 2 CXS G-

O:0/13 B3:7/2 GMENOS

Solenoide de válvula de pinza neumática 2 MHF2 H+

O:0/14 B3:7/3 HMAS

Solenoide de válvula de pinza neumática 2 MHF2 H-

O:0/15 B3:7/4 HMENOS

Solenoide de válvula de la mesa de giro 2 MSQ I+

O:0/16 B3:7/5 IMAS

Solenoide de válvula de la mesa de giro 2 MSQ I-

O:0/17 B3:7/6 IMENOS

Solenoide de válvula de la mesa de giro 3 O:0/18 B3:7/7 JMAS



MSQ J+


O:0/19 B3:4/0 JMENOS

Solenoide de abrir boquilla del torno K+ O:0/20 B3:4/1 KMAS

Solenoide de cerrar boquilla del torno K- O:0/21 B3:4/2 KMENOS

Solenoide abrir boquilla del taladro L+ O:0/22 B3:4/3 LMAS

Solenoide cerrar boquilla del taladro L- O:0/23 B3:4/4 LMENOS

Inicia barreno O:0/24 B3:11/3 BARRENAR

Inicia machuelo O:0/25 B3:11/4 MACHUELEAR

BITS INTERNOS DIRECCIÓN BIT

ETIQUETA

Botón de arranque por HMI B3:0/7 BA

Botón de paro por HMI B3:0/1 BP

Bobina auxiliar de solenoide de expulsion del servo 1 (A+) B3:1/9 BAUX AMAS

Bobina auxiliar 2 de solenoide de expulsion del servo 1 (A+)

B3:1/8 BAUX 2 AMAS

Bobina auxiliar de enclave para arrancar B3:5/0 BAP

Bobina de enclave al sensar tres sensores de las rampas B3:5/3 BFC3

Bobina de enclave al sensar cinco sensores de las rampas B3:5/4 BFC5

Bobina de enclave al sensar cuatro sensores de las rampas

B3:5/5 BFC4

Bobina de enclave al sensar dos sensores de las rampas B3:5/6 BFC2

Bobina de enclave al sensar un sensor de las rampas B3:5/7 BFC1

Botón de inicio de ciclo B3:8/2 BIC

Acciona a DMAS B3:9/1 INICIO DE D

Acciona a LMAS B3:9/2 INICIO DE L

Bobina auxiliar de barrenar B3:9/3 BAUX

BARRENAR

Enclave auxiliar para accionar solenoide de FMAS B3:9/4 P2

Bobina auxiliar para activar a D B3:9/7 BAUX

Bobina auxiliar 5 para accionar a la solenoide de DMENOS B3:10/10 BAUX 5

DMENOS

Bobina auxiliar 4 para accionar a la solenoide de DMENOS B3:10/9 BAUX 4

DEMENOS

Bobina auxiliar 2 para accionar a la solenoide de DMENOS B3:10/7 EX 2 DMENOS

Bobina auxiliar para accionar a la solenoide de DMENOS B3:10/6 EX DMENOS

Bobina auxiliar 3 para accionar a la solenoide de DMENOS B3:10/4 BAUX DMENOS

Bobina auxiliar 2 para accionar a la solenoide de DMAS B3:10/3 BAUX 2 DMAS

Bobina auxiliar para accionar a la solenoide de DMAS B3:10/2 BAUX DMAS

Activar B3:10/1 CERRADO

Indicador de termino de pedido B3:10/0 PEDIDO

TERMINADO



Actuadores a posiciones iniciales B3:11/0 POINT 0

Indicador de proceso activo B3:11/1 ACTIVO

Indicador de paro de proceso B3:11/2 PARO

VARIABLES DE PROCESO DIRECCIÓN INTER

ETIQUETA

Preset de pedido N7:0 PERNOS TERMINADOS PRE

Conteo de pernos terminados C5:3 PERNOS

TERMINADOS

Permisivo para activar un actuador giratorio en el primer ciclo (E+)

C5:1 1 CICLO DE BA

Permisivo para el suministro al segundo ciclo C5:4 2 CICLO DE BA

Permisivo para realizar el retiro C5:2 MACHUELEADO



ANEXO F



ANEXO G


ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECANIZA Y ELÉCTRICA UNIDAD ZACATENCO

LADDER 2 I/O REDIRECCIONAMIENTO DE ENTRADAS Y SALIDAS









LADDER 3 ON/OFF ENERGIZADO Y PARO DEL PROCESO



LADDER 4 POINT 0 PUESTA EN POSICIONES INICIALES DE LOS ACTUADORES





LADDER 5 PROCESO SECUENCIA DEL SISTEMA DE MANIPULACIÓN











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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL · 2017. 12. 12. · INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD ZACATENCO Yessica ser la hermana