En la fabricación de precisión, la seguridad nunca es opcional. Las servoprensas pequeñas pueden parecer compactas y limpias, pero no por ello son menos potentes. Sin un diseño de seguridad adecuado, los operarios pueden correr riesgos como lesiones en las manos o daños en las herramientas, ya que los servosistemas son cada vez más rápidos y programables.
Un sistema seguro de servoprensa pequeña tiene varias capas de protección. Entre ellas se incluyen protecciones físicas, sensores, enclavamientos y botones de parada de emergencia. Cada uno de estos elementos trabaja conjuntamente para evitar accidentes, detectar condiciones inusuales y proteger tanto al operario como a la máquina. Cuando un sistema se diseña pensando en la seguridad, sigue siendo fiable y reduce el tiempo de inactividad.
Las prensas modernas son más inteligentes, pero eso no las hace automáticamente más seguras. La clave está en diseñar una configuración de servoprensa que garantice la seguridad tanto de las personas como de la productividad.
Comprender la seguridad en los sistemas de servoprensa
La seguridad de los sistemas de servoprensa depende tanto de un control preciso como de un diseño mecánico sólido. A diferencia de las prensas antiguas, los modelos servoaccionados se mueven mediante programas de movimiento digitales.
Qué diferencia a las servoprensas de las prensas tradicionales？
Las servoprensas utilizan motores eléctricos en lugar de sistemas hidráulicos o neumáticos. Esta configuración elimina el riesgo de fugas de aceite o pérdidas de presión de aire. Sin embargo, introduce una nueva preocupación: cada movimiento depende de comandos de software. Cada carrera, velocidad y fuerza sigue instrucciones programadas.
Este control digital ofrece una precisión excelente. Sin embargo, un pequeño error de programación puede provocar un movimiento inseguro. Para evitarlo, las servoprensas se basan en la retroalimentación constante de codificadores, sensores de par y monitores de posición. Estos sensores comprueban que la RAM se mueve exactamente como se esperaba durante cada ciclo.
La seguridad depende en gran medida de la precisión de la retroalimentación. Un encóder de alta resolución (20 bits o superior) puede detectar cambios de posición tan pequeños como 0,001 mm. Cuando el sistema detecta un movimiento anómalo, puede detenerlo inmediatamente.
⚙️ Por ejemplo: En una servoprensa de 5 kN utilizada para el montaje de conectores de smartphones, el límite de par puede detener el pistón en 8 milisegundos tras detectar una sobrecarga. Esto evita daños tanto en la matriz como en la pieza.
Retos comunes de seguridad en los sistemas de prensas compactas
Las servoprensas compactas suelen instalarse cerca de los operarios o integrarse en configuraciones de prueba. Su reducido tamaño plantea retos de seguridad especiales, sobre todo cuando hay poco espacio para protecciones o cubiertas.
Los puntos de pellizco son el peligro más frecuente. La ligera holgura de deslizamiento y la carrera corta facilitan que las manos o las herramientas alcancen las zonas de riesgo. Las protecciones transparentes, las cortinas de luz o los mandos a dos manos ayudan a evitar accidentes.
Las sobrecargas se producen cuando las piezas están desalineadas o demasiado apretadas, lo que impide que encajen correctamente. Las servoprensas gestionan esta situación con límites de par, normalmente fijados en torno a 110-120% de la capacidad nominal. Si se alcanza el límite, el movimiento se detiene y el sistema registra el evento para su comprobación.
Los errores de movimiento, como la desviación del encóder o la pérdida de sincronización, pueden deberse a vibraciones o ruido eléctrico. Los ingenieros suelen añadir sensores de reserva o realizar comprobaciones de referencia para garantizar lecturas precisas.
Diseño de seguridad mecánica
La seguridad mecánica es la base de la fiabilidad de una servoprensa. Cada pieza de la estructura debe ser capaz de soportar esfuerzos repetidos, controlar las vibraciones y evitar deformaciones.
Resistencia y estabilidad del bastidor
El bastidor de la prensa es el núcleo de la seguridad. Soporta toda la fuerza generada por el servomotor. Si el bastidor se dobla o se desplaza, disminuye la precisión y aumentan los riesgos para la seguridad.
Servoprensas pequeñas suelen trabajar entre 1 y 30 kN. Incluso una desviación de 0,1 mm a plena carga puede cambiar la alineación de la herramienta y dañar las piezas. Para evitarlo, los ingenieros utilizan acero de alta resistencia, guías mecanizadas con precisión y cordones de soldadura reforzados al construir marcos.
El análisis de elementos finitos (FEA) ayuda a simular cómo el bastidor gestiona las tensiones. El objetivo de los diseñadores es mantener los niveles de tensión por debajo de 60% del límite elástico, lo que garantiza la rigidez a largo plazo incluso después de millones de ciclos.
⚙️ Por ejemplo: Una prensa de sobremesa de 10 kN con un diseño de bastidor en C mantuvo una precisión de conformado de ±0,005 mm tras un millón de ciclos continuos. Esto demuestra que la rigidez contribuye directamente tanto a la precisión como a la seguridad.
Sistemas de protección contra sobrecargas
La protección contra sobrecargas actúa como una válvula de seguridad integrada en la prensa. Las servoprensas modernas utilizan control de par en tiempo real, límites de corriente y, en ocasiones, embragues mecánicos para detener el movimiento antes de que se produzcan daños.
Cuando la resistencia supera el par preestablecido -normalmente 110-120% de la capacidad nominal- el sistema se detiene inmediatamente y retrae el cilindro. Esto protege tanto el utillaje como el cuerpo de la prensa.
Algunos sistemas incorporan embragues mecánicos que se desconectan automáticamente cuando el par supera el límite. Esta característica es útil en operaciones de alta velocidad en las que cada milisegundo cuenta.
⚙️ Por ejemplo: En una instalación de montaje de conectores, un disparo por sobrecarga detuvo una prensa de 3 kN en sólo 6 ms. La parada rápida evitó la rotura de la herramienta y limitó el tiempo de inactividad a menos de 10 minutos.
Protección y cerramientos
Las protecciones físicas son la primera línea de defensa. Separan al operario de las piezas móviles al tiempo que mantienen una alta visibilidad.
Las servoprensas compactas suelen utilizar protecciones de policarbonato transparente. Son resistentes a los golpes y permiten a los operarios ver claramente el espacio de trabajo. Los paneles y las puertas están equipados con enclavamientos de seguridad, de modo que si se abre una protección, se corta inmediatamente la alimentación del motor.
Las cortinas ópticas y los escáneres de área proporcionan una capa adicional de protección. Si una mano o un objeto rompe el haz, la prensa se detiene en 10-20 milisegundos. Estos sistemas son más eficaces en operaciones que requieren frecuentes cargas y descargas manuales.
⚙️ Por ejemplo: Una cortina de luz colocada a 300 mm de la superficie de la matriz detuvo una prensa de 5 kN antes de que el cilindro se moviera más de 4 mm, espacio suficiente para evitar lesiones.
Seguridad de los sistemas eléctricos y de control
Una vez que el bastidor y la mecánica están asegurados, la siguiente línea de defensa es el sistema eléctrico y de control. Estos sistemas evitan movimientos no deseados, detectan fallos en tiempo real y aíslan la energía de forma segura durante el mantenimiento o las emergencias.
Parada de emergencia y desconexión de par segura (STO)
La parada de emergencia (E-stop) es el dispositivo de seguridad más directo de cualquier servoprensa. Cuando se pulsa, corta las señales del motor y detiene el cilindro instantáneamente. La mayoría de las prensas responden en menos de 10 milisegundos, sin dejar tiempo para más movimientos.
La función Safe Torque Off (STO) añade otro nivel de control. En lugar de cortar toda la alimentación, STO elimina la capacidad del motor de producir par, pero mantiene la alimentación lógica. Esto evita movimientos imprevistos y permite una rápida recuperación del sistema una vez solucionado el problema.
⚙️ Por ejemplo: En una servoprensa de 2 kN utilizada para el montaje de placas de circuito impreso, la STO detuvo instantáneamente la salida de par manteniendo intactos los datos de posición. El personal de mantenimiento eliminó el atasco y reinició la producción sin necesidad de reiniciar por completo.
Diseño de circuitos redundantes
Las servoprensas utilizan circuitos de seguridad de doble canal para todas las señales clave, incluidas las paradas de emergencia, los enclavamientos y las cortinas fotoeléctricas. Cada canal funciona de forma independiente y ambos deben confirmar un estado seguro antes de que comience el movimiento.
Si falla un canal, el sistema detecta inmediatamente el desajuste y detiene la prensa. Los relés de seguridad supervisan ambos canales para garantizar que la temporización y los contactos funcionan correctamente.
El cableado sigue principios a prueba de fallos, lo que significa que un cable roto o un conector suelto pone automáticamente el sistema en "inseguro". Este diseño evita fallos puntuales que podrían causar accidentes.
⚙️ Por ejemplo: Una prensa de 10 kN con relés de doble canal detectó un retraso de 25 ms en un lado. El PLC identificó el problema inmediatamente y bloqueó la reactivación hasta que se resolvió el fallo.
Mecanismos de aislamiento y bloqueo de la alimentación
El mantenimiento seguro depende del aislamiento completo de la alimentación eléctrica. Cada prensa debe tener un interruptor de desconexión principal que corte toda la energía entrante, incluida la tensión de control y la energía del servomotor.
Durante el mantenimiento, el procedimiento de bloqueo y etiquetado (LOTO) garantiza que nadie pueda restablecer accidentalmente el suministro eléctrico. Cada técnico bloquea el interruptor y le coloca una etiqueta con su nombre. El suministro eléctrico sólo puede restablecerse una vez retirados todos los bloqueos.
La carga residual en los condensadores todavía puede suponer un peligro. Las prensas modernas utilizan circuitos de purga para descargar la energía almacenada en los 30-60 segundos siguientes a la parada.
⚙️ Por ejemplo: Un técnico que ajusta las herramientas apaga el disyuntor principal, aplica la LOTO y espera a que se encienda la luz de "Descarga de condensador completada" antes de entrar en la zona de protección, un procedimiento acorde con las normas OSHA y CE.
Control de movimiento y seguridad del software
El control de movimiento define cómo se mueve una servoprensa en cada situación. Dado que los servosistemas se basan en el movimiento programado en lugar de en la potencia de los fluidos, la seguridad se deriva de una meticulosa configuración del software, límites verificados y detección inteligente de fallos.
Límites programables y zonas seguras
Las servoprensas controlan la carrera, la velocidad y la fuerza con precisión digital. Estos ajustes funcionan dentro de zonas seguras definidas por software, que sirven como límites integrados. La máquina realiza un seguimiento constante de su posición y par para garantizar que el movimiento se mantiene dentro de esos límites.
Límites programables actúan como paredes invisibles. Si el cilindro se desplaza más allá del rango establecido o supera la fuerza permitida, el controlador detiene inmediatamente el movimiento. Por ejemplo, una servoprensa de 10 kN puede limitarse a 75 mm de recorrido y 8,5 kN de fuerza durante la configuración para evitar el contacto con la herramienta.
Las zonas seguras son beneficiosas durante los cambios de piezas o las operaciones manuales. En el modo de configuración, funciones como la velocidad limitada segura (SLS) y la posición segura (SP) reducen la velocidad de la prensa a menos de 10 mm/s, lo que da tiempo a los operarios a reaccionar antes de que se produzca un movimiento con toda la fuerza.
⚙️ Por ejemplo: En una línea de montaje de conectores, el modo SLS ralentizó el movimiento del 90% durante la calibración de la fijación, lo que permitió realizar ajustes manuales de forma segura sin cortar la alimentación.
💡 Consejo: Vuelva a comprobar siempre los ajustes de recorrido y fuerza después de realizar cambios en el programa. Incluso un ligero cambio de coordenadas puede empujar el cilindro fuera de su rango de seguridad.
Estos límites programables mantienen la prensa bajo un control absoluto, garantizando que cada movimiento siga la trayectoria correcta y que el sistema reaccione al instante cuando ocurra algo inusual.
Control de fuerza-desplazamiento
Cada ciclo de servoprensa produce una curva de fuerza-desplazamiento, que ilustra cómo cambia la fuerza a lo largo de la carrera. Al comparar esta curva con una referencia almacenada, la prensa puede detectar pequeñas desviaciones antes de que causen daños o riesgos para la seguridad.
Si la curva real difiere en más de ±3-5%, el sistema detiene el movimiento y alerta al operario. Esta comparación en tiempo real ayuda a identificar el desgaste prematuro de la herramienta, los cambios de material o los errores de alineación.
⚙️ Por ejemplo: Durante un proceso de inserción de pasadores, un desplazamiento gradual de 0,15 mm en la curva de desplazamiento a lo largo de 200 ciclos reveló un casquillo desgastado. Mantenimiento lo sustituyó antes de que causara daños.
Integración de PLC de seguridad
En el centro de la seguridad basada en software se encuentra el PLC de seguridad, un controlador especializado que gestiona toda la lógica de seguridad, aparte del control de movimiento primario.
Un PLC de seguridad utiliza procesadores dobles y software certificado para cumplir las normas ISO 13849 (PL e) o IEC 62061 (SIL 3). Supervisa entradas como paradas de emergencia, enclavamientos y sensores, y reacciona inmediatamente si se produce alguna situación de inseguridad.
Además de las funciones básicas de parada, permite modos avanzados de movimiento seguro como:
- SLS (Velocidad Limitada Segura): Restringe la velocidad cuando los operarios trabajan dentro de zonas protegidas.
- SOS (Parada de funcionamiento seguro): Mantiene la posición mientras el par permanece desactivado para su inspección.
- SDI (Dirección Segura): Permite el movimiento en una sola dirección durante determinadas operaciones.
⚙️ Por ejemplo: Durante una prueba, el PLC de seguridad detectó una respuesta irregular del encóder y activó el modo SOS. La prensa se detuvo a medio movimiento, evitando una colisión entre la herramienta y la pieza.
Interfaz del operador y ergonomía
La interfaz del operador es donde la tecnología conecta con las personas. Una buena ergonomía y unos controles sencillos hacen que la seguridad deje de ser un requisito para convertirse en un hábito natural.
Funciones de seguridad de la interfaz hombre-máquina (HMI)
La HMI debe simplificar el funcionamiento seguro. Un diseño limpio, indicadores de colores brillantes y un flujo de pantalla lógico ayudan a los operarios a reaccionar rápida y correctamente.
Las servoprensas modernas suelen utilizar HMI táctiles que muestran el estado de la máquina de un vistazo:
- Verde - "Listo"
- Amarillo - "Advertencia
- Rojo - "Stop"
Estas señales están respaldadas por alertas sonoras para eventos clave como sobrecargas o cuando se abre una puerta de protección. Los avisos de confirmación en dos pasos evitan los inicios de ciclo accidentales al exigir a los operarios que verifiquen las acciones antes de continuar.
⚙️ Por ejemplo: En una línea de montaje de conectores, añadir una confirmación en dos pasos a la HMI redujo los arranques accidentales en 35%.
Diseño y accesibilidad de los puestos de trabajo
El diseño ergonómico mantiene a los operadores cómodos y alerta. Los pedales, interruptores o superficies de trabajo mal colocados pueden provocar fatiga y afectar a la capacidad de reacción en momentos críticos.
Una buena instalación se adapta al operario, no al revés. Las mesas regulables en altura (850-950 mm), los dispositivos en ángulo y las bandejas inclinables permiten a los trabajadores mantener posturas naturales durante turnos prolongados.
La iluminación también es esencial. Una iluminación LED suave cerca de la prensa reduce el deslumbramiento y las sombras, mejorando la visibilidad al colocar o inspeccionar piezas. Los suelos antideslizantes y el espacio libre para los pies ayudan a evitar el accionamiento accidental de los pedales.
⚙️ Por ejemplo: El rediseño de una estación de trabajo para una prensa de banco de 5 kN mejoró la velocidad del ciclo en 12% y casi eliminó las quejas de tensión en la muñeca.
Niveles de formación y autorización
La formación convierte las funciones de seguridad integradas en una protección absoluta. Los operarios deben comprender no sólo cómo funciona la prensa, sino también cómo interpretar sus señales, alarmas y luces de estado.
La formación integral debe incluir:
- Puesta en marcha y parada seguras
- Procedimientos de prueba de parada de emergencia y parada de emergencia
- Lectura y comprensión de las curvas fuerza-desplazamiento
- Respuestas correctas a fallos de sobrecarga o movimiento
El control de acceso por niveles también ayuda a evitar errores. Los operadores ejecutan los programas aprobados, los técnicos se encargan de la configuración y los ingenieros ajustan los parámetros del sistema. El acceso se garantiza mediante contraseñas o tarjetas RFID, que proporcionan trazabilidad e impiden ediciones no autorizadas.
⚙️ Por ejemplo: Un sistema de acceso de tres niveles - Operario, técnico, ingeniero - reducir los errores de programación en 40% y los tiempos de inactividad por ajustes incorrectos.
Prácticas de mantenimiento y reducción de riesgos
Una servoprensa sólo es segura si sus sistemas de seguridad se mantienen con regularidad. El mantenimiento preventivo y predictivo garantiza que la prensa funcione con seguridad y precisión durante toda su vida útil.
Inspecciones rutinarias y calibración de sensores
Las comprobaciones periódicas son la base de un sistema seguro. Los operarios deben inspeccionar todas las paradas de emergencia, enclavamientos y cortinas fotoeléctricas al inicio de cada turno.
Las piezas mecánicas, como los raíles de deslizamiento, los pernos y los pasadores guía, deben comprobarse para ver si están sueltos, arañados o desgastados de forma inusual. También es útil realizar una prueba rápida de vibración: cualquier lectura superior a 0,3 mm/s RMS puede indicar desalineación o desequilibrio.
Los sensores y codificadores también necesitan una calibración programada para mantener la precisión. Para la mayoría de las prensas ligeras, un ciclo de 6-12 meses funciona bien. En sistemas de alto uso, se recomienda calibrar cada tres meses.
⚙️ Por ejemplo: Una instalación que realiza 25.000 ciclos semanales recalibra los sensores de par cada trimestre. La deriva del sensor se redujo de 0,4% a menos de 0,05%, manteniendo la precisión de la fuerza dentro de los límites de seguridad.
Supervisión predictiva y registro de datos
La supervisión digital lleva el mantenimiento un paso más allá. La servoprensa registra continuamente los datos de corriente, temperatura y fuerza-desplazamiento del motor. Al estudiar estas lecturas, los ingenieros pueden detectar problemas menores antes de que se conviertan en averías graves.
El análisis predictivo busca tendencias: un aumento gradual del par del motor o un tiempo de respuesta más lento suelen indicar desgaste o desalineación. Cuando una lectura se desvía más de 5% del rango normal, el sistema alerta al personal de mantenimiento para que investigue.
⚙️ Por ejemplo: Una servoprensa de 3 kN mostraba un lento aumento de las lecturas de par. El equipo de mantenimiento encontró un rodamiento de husillo de bolas desgastado y lo sustituyó durante el tiempo de inactividad previsto, evitando así una parada total de la producción.
Piezas de repuesto y políticas de sustitución
Incluso la prensa mejor diseñada depende de la calidad de sus piezas. El uso de componentes no certificados o no compatibles puede reducir los índices de seguridad e incumplir la normativa.
Todas las piezas de repuesto -sensores, relés y accionamientos- deben coincidir con el nivel de rendimiento (PL) o el nivel de integridad de la seguridad (SIL) originales. Mantenga un inventario claro de repuestos certificados, incluidos aquellos con números de serie trazables y documentación adjunta, para garantizar una sustitución precisa y puntual.
Las piezas de seguridad críticas, como los relés de parada de emergencia y las cortinas fotoeléctricas, deben sustituirse cada 3-5 años, o antes si están expuestas al calor, las vibraciones o el polvo.
⚙️ Por ejemplo: Una instalación sustituyó todos los relés de seguridad cada cuatro años. Como resultado, los fallos inesperados en los circuitos se redujeron en 70% en comparación con la sustitución de los relés sólo cuando fallaban.
Conclusión
La seguridad en las servoprensas pequeñas es más que un complemento: es la base que sustenta la fabricación de precisión. Cada capa, desde el diseño mecánico hasta el software de movimiento, contribuye a un rendimiento estable y a la protección del operario. Cuando estos sistemas se comprueban, mantienen y utilizan correctamente, trabajan juntos para crear una configuración de producción segura y fiable.
¿Está preparado para mejorar la seguridad y el rendimiento de sus sistemas de servoprensa? Nuestro equipo de ingenieros puede evaluar su configuración actual, verificar el cumplimiento de las normas y recomendar mejoras de seguridad adaptadas a sus necesidades específicas. Póngase en contacto con nosotros para hablar de su proyecto o solicitar una evaluación de riesgos detallada.
Preguntas frecuentes
¿Qué normas de seguridad debe cumplir una pequeña servoprensa?
Una servoprensa pequeña debe cumplir las normas ISO 12100 para la evaluación de riesgos, ISO 13849 o IEC 62061 para la fiabilidad del control, y OSHA 1910/ANSI B11 para la protección y la seguridad operativa, dependiendo de la región en la que esté instalada.
¿Cómo protege la desconexión segura del par (STO) a los operarios?
STO desconecta instantáneamente el par del motor mientras mantiene activa la potencia de control. Esto detiene el movimiento de forma segura sin apagar todo el sistema, lo que permite un mantenimiento o cambio de herramientas rápido y seguro.
¿Cuál es la diferencia entre seguridad mecánica y seguridad del software?
La seguridad mecánica se basa en la estructura de la máquina y en protecciones físicas para evitar contactos o lesiones. La seguridad por software gestiona los límites programables, la supervisión de fuerzas y la lógica del PLC de seguridad para evitar movimientos inseguros dentro de las zonas definidas.
¿Pueden utilizarse las servoprensas de forma segura con cobots o sistemas automatizados?
Sí. Las servoprensas funcionan de forma segura con robots colaborativos cuando están equipadas con accionamientos con clasificación SIL 3, protocolos de comunicación seguros como PROFIsafe o EtherCAT Safety, y supervisión por zonas que permite a las personas y a los robots compartir un espacio de trabajo de forma segura.
¿Con qué frecuencia deben realizarse las inspecciones de seguridad?
Las comprobaciones funcionales diarias son esenciales antes de iniciar la producción. La calibración completa, la validación y la revisión de datos deben realizarse cada 3-6 meses, o cada vez que se realicen cambios en el hardware o el software.
Hola, soy Kevin Lee
Durante los últimos 10 años, he estado inmerso en diversas formas de fabricación de chapa metálica, compartiendo aquí ideas interesantes de mis experiencias en diversos talleres.
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Kevin Lee
Tengo más de diez años de experiencia profesional en la fabricación de chapas metálicas, especializada en corte por láser, plegado, soldadura y técnicas de tratamiento de superficies. Como Director Técnico de Shengen, me comprometo a resolver complejos retos de fabricación y a impulsar la innovación y la calidad en cada proyecto.
