Pinzas neumáticas - Cómo funcionan
Figura 1: Pinzas neumáticas
Una pinza neumática es un dispositivo de recogida y colocación que utiliza aire comprimido para accionar las mordazas, también llamadas dedos. Estos dedos, similares a los humanos, ayudan a agarrar, sujetar y soltar las piezas de trabajo. Comúnmente, tienen 2 dedos (paralelos o angulares) o 3 dedos con un cilindro de simple o doble efecto para el control. Se utilizan sobre todo en procesos de fabricación automatizados para sujetar una pieza de trabajo. Las piezas de trabajo pueden ser desde objetos pequeños, como placas de circuitos o chips, hasta objetos grandes, como un bloque de motor. La figura 1 muestra ejemplos de pinzas neumáticas de 2 y 3 dedos.
Índice de contenidos
- Ventajas de las pinzas neumáticas
- Principio de funcionamiento de las pinzas neumáticas
- Pinzas neumáticas de 2 y 3 dedos
- Fuerza de agarre
- Criterios de selección
- Aplicaciones
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Ventajas de las pinzas neumáticas
Las ventajas de las pinzas neumáticas incluyen:
- Peso ligero
- Rentabilidad
- Gran fuerza de agarre
- Capacidad para agarrar una variedad de configuraciones de piezas de trabajo
- Fuerza de agarre ajustable
Principio de funcionamiento de las pinzas neumáticas
Figura 2: Principio de funcionamiento de la pinza angular neumática de 2 dedos
La pinza está conectada al sistema de suministro de aire comprimido. Al introducir el aire comprimido en el cilindro, éste impulsa el vástago del pistón. El vástago está conectado a los dedos de agarre. Cuando la presión del aire mueve el pistón hacia arriba y hacia abajo, los dedos se abren o cierran de forma paralela o angular. Este mecanismo puede utilizarse en operaciones de recogida y colocación o para cambiar la orientación del objeto.
La figura 2 muestra el principio de funcionamiento de una pinza angular neumática de 2 dedos. Se trata de un diseño de doble cilindro. Por lo tanto, cuando el aire comprimido se conecta al cilindro trasero (figura 2 superior), éste empuja el pistón hacia delante, lo que abre los dedos de la pinza neumática. Cuando el aire comprimido se conecta al cilindro delantero (figura 2, abajo), éste empuja el pistón hacia atrás, lo que cierra los dedos de la pinza neumática.
Las pinzas neumáticas pueden clasificarse en función del movimiento de los dedos de agarre, el mecanismo de agarre y las configuraciones. A continuación se comentan las más comunes:
Pinza paralela
Como su nombre indica, la pinza paralela mueve sus dedos de forma paralela con respecto al cuerpo de la pinza. El tipo de pinza paralela es el más utilizado, ya que las pinzas a medida son fáciles de diseñar y la instalación es sencilla debido a que sólo hay un eje de movimiento. También pueden manipular piezas de una gran variedad de formas y tamaños y pueden adaptarse a las variaciones dimensionales. La figura 3 muestra el movimiento de los dedos.
Figura 3: Pinzas paralelas neumáticas cerrando (izquierda) y abriendo (derecha)
Pinza angular
La pinza angular neumática puede mover sus dedos de forma radial, abriéndose y cerrándose alrededor de un punto de giro central. Suelen utilizarse en aplicaciones en las que se dispone de poco espacio, ya que las mordazas pueden desplazarse hacia arriba y fuera del camino. Estas pinzas son buenas para sujetar piezas grandes con formas extrañas. La figura 2 muestra el movimiento de los dedos.
Pinzas neumáticas de 2 y 3 dedos
Las pinzas neumáticas de 2 dedos son las más utilizadas. Proporciona 2 ubicaciones de montaje para los dedos. Los dedos se mueven de forma sincronizada, abriéndose y cerrándose hacia el eje central de la pinza.
las pinzas de 3 dedos son ideales para manipular objetos redondos y proporcionan más fuerza de agarre que las pinzas de 2 dedos. Proporciona 3 lugares de montaje para los dedos. Los dedos se abren y cierran hacia el eje central del cuerpo de la pinza. Los 3 dedos proporcionan más apoyo y un centrado preciso en comparación con las pinzas de 2 dedos.
Sujeción externa e interna
Figura 4: Tipos de pinzas neumáticas según el mecanismo de agarre: agarre interno (izquierda) y agarre externo (derecha)
Según el tipo de agarre, las pinzas neumáticas pueden clasificarse como internas, externas o combinadas. A continuación se exponen algunos ejemplos, que se muestran en la figura 4.
- Agarre interno: Las pinzas internas utilizan la fuerza de apertura para sujetar la pieza y agarran el objeto a través de su superficie interna.
- Sujeción externa: Las pinzas externas utilizan la fuerza de cierre para sujetar la pieza y agarrar el objeto desde la superficie exterior. Es el mecanismo de agarre más común.
- Agarre combinado: Utiliza una combinación de agarre externo e interno.
Pinzas de simple y doble efecto
Las pinzas neumáticas pueden tener una configuración de simple o doble efecto. Las pinzas neumáticas de simple efecto contienen un muelle que ayuda al accionamiento en una dirección (ya sea de apertura o de cierre).
Las pinzas neumáticas están diseñadas en su mayoría para ser de doble efecto. Se pueden accionar con aire comprimido tanto para abrir como para cerrar. Esta característica permite la sujeción interna y externa. Las pinzas de doble efecto pueden tener una función de asistencia por muelle para sujetar la pieza en caso de que se pierda la presión del aire.
Pinza magnética
Las pinzas magnéticas son adecuadas para manipular objetos ferromagnéticos. Las pinzas están equipadas con imanes permanentes en su núcleo. Dependiendo de la fuerza del imán, puede utilizarse para manipular una gran variedad de tamaños de objetos. Sin embargo, es importante tener en cuenta que los imanes permanentes tienden a perder su propiedad magnética a mayor temperatura (por encima de 150°C).
Forma de los dedos
Figura 5: Forma de los dedos de las pinzas neumáticas: englobamiento (izquierda), fricción (centro), retención (derecha)
Generalmente, los dedos de la pinza neumática utilizan la fricción para la fuerza de agarre. Pero estos dedos también pueden diseñarse de forma alternativa para reducir el tamaño y la fuerza de agarre necesarios para la aplicación. La forma envolvente y de retención aumenta la estabilidad y disminuye la fuerza necesaria para el agarre. La figura 5 muestra algunos ejemplos comunes de diferentes formas de dedos.
Precisión de retorno
La repetibilidad es la medida de la máxima precisión de posición que puede alcanzar la pinza. Las pinzas neumáticas pueden tener una repetibilidad diferente en función del número de dedos y de la velocidad de funcionamiento. Por tanto, la repetibilidad debe determinarse en función de la precisión requerida para la aplicación.
Fuerza de agarre
La fuerza de agarre es la fuerza que ejercen los dedos de la pinza sobre la pieza. Esta fuerza puede variar en función de la presión del aire, el coeficiente de fricción y las condiciones de agarre entre los dedos y la pieza. La fuerza de agarre para una sujeción sólo por fricción cuando la pieza no desciende al ser agarrada se calcula como
Dónde:
- F = Fuerza de agarre de un solo dedo (N)
- m = Masa de la pieza (kg)
- g = Aceleración gravitatoria (9,81 m/s²)
- a = Aceleración del movimiento dinámico (m/s2)
- n = Número de dedos (n=2 para pinza de dos dedos; n=3 para pinza de tres dedos)
- μ = Coeficiente de fricción
- S = Factor de seguridad
Si el diseño de los dedos y el método de agarre del objeto son diferentes a la simple sujeción por fricción, puede ser necesaria una fórmula de fuerza de agarre diferente.
Coeficiente de fricción
A continuación se muestra una tabla con el coeficiente de fricción de los materiales más comunes. Sin embargo, estos números son una referencia inicial, ya que serán diferentes para cada aplicación y deben ser verificados.
| Material de la pieza | Material de la mandíbula | Coeficiente de fricción μ |
| Acero | Acero | 0.25 |
| Acero | Aluminio | 0.35 |
| Acero | Plástico | 0.50 |
| Aluminio | Aluminio | 0.49 |
| Aluminio | Plástico | 0.70 |
| Plástico | Plástico | 1 |
Factor de seguridad
Esto es simplemente una recomendación y el factor de seguridad para su aplicación particular puede ser diferente:
- 2 - para uso normal
- 3 - para el movimiento en varias direcciones
- 4 - para golpes, aceleraciones o deceleraciones rápidas
Opciones de montaje
Los orificios de montaje se encuentran en la parte inferior, lateral y frontal de la pinza y ofrecen opciones de montaje seguras. En la figura 6, A, C y D representan los orificios de montaje. Dependiendo de la aplicación, se puede elegir cualquiera de los dos lados para el montaje. Los puertos de aire están representados por B.
Figura 6: Opciones de montaje para pinza angular de 2 dedos: orificios de montaje (A, C, D) y puerto de aire (B).
Sensores
Se pueden instalar sensores junto a las pinzas neumáticas para supervisar y controlar la posición de funcionamiento de los dedos. En las pinzas neumáticas pueden instalarse interruptores o sensores de proximidad. Pueden introducirse en las ranuras presentes en el cuerpo, como se ve en la figura 7. Estos sensores pueden detectar la posición abierta o cerrada de los dedos. Los sensores de proximidad pueden detectar la proximidad mediante la detección del objeto y proporcionar la información al controlador.
Figura 7: Instalación del interruptor del sensor
Criterios de selección
- Fuerza de agarre: La fuerza de agarre efectiva puede calcularse con la fórmula de este artículo.
- Peso de la pieza: La fuerza de agarre debe ser capaz de soportar el peso de la pieza durante la operación.
- Presión de aire: Hay que tener en cuenta la presión del aire, ya que tiene un efecto directo sobre la fuerza de agarre e influye en el dimensionamiento de las pinzas.
- Configuración de la pieza de trabajo: La forma de la pieza ayudará a determinar si se pueden utilizar pinzas de 2 o 3 dedos. las pinzas de 2 dedos son de uso común y pueden utilizarse para una gran variedad de objetos. las pinzas de 3 dedos son adecuadas para objetos redondos o cilíndricos.
- Tipo de pinza: La pinza puede tener un agarre externo o interno dependiendo de la pieza.
- El medio ambiente: Las pinzas neumáticas deben seleccionarse en función del entorno de trabajo. Las pinzas diseñadas para entornos limpios pueden fallar en entornos difíciles.
Aplicaciones
Las pinzas neumáticas se utilizan habitualmente en las siguientes industrias:
- Robótica
- Fabricación de dispositivos médicos
- Industria farmacéutica y biotecnológica
- Moldeo e inyección de plásticos
- Procesamiento en el laboratorio
- Automatización
