Configuração para configurações únicas

Como minimizar o custo unitário de peças complexas que precisam de torneamento, fresamento e furação? Para Steve Hattori, a resposta é simples:Usiná-los com apenas uma configuração - e tornar essa configuração o mais simples possível.

O presidente da oficina contratada Salinas Valley Precision (Salinas, Califórnia), Sr. Hattori, costumava precisar de um mínimo de três máquinas para produzir qualquer peça redonda complexa a partir de sólidos:uma serra de fita para cortar o material no comprimento, um torno e uma máquina de usinagem centro para adicionar planos e furos. Agora, a oficina permite que uma única máquina faça todo esse trabalho - convertendo automaticamente a barra não cortada em peças acabadas, substituindo efetivamente várias configurações por uma.

"Qualquer um que defenda a maneira antiga nunca tentou usinar um carretel de pesca", diz Hattori. Na verdade, a primeira vez que um fabricante local de artigos esportivos lhe ofereceu a peça do carretel de pesca, Hattori recusou. Naquela época, a peça era complexa demais para ser lucrativa. Cortado de alumínio sólido com 90% do material usinado, o carretel de 3,25 polegadas de diâmetro consiste em dois flanges fáceis de deformar com menos de 0,1 polegada de espessura, conectados por um núcleo oco com paredes não muito mais espessas.

A peça tem que ser atacada por todos os lados. Cada flange é penetrada por 12 furos, com 0,45 polegada de diâmetro, que servem para reduzir o peso. A circunferência do núcleo também inclui 12 ranhuras de redução de peso ovais. Finalmente, um rebaixamento em uma face inclui 36 serrilhas para o mecanismo de catraca da vara de pescar, além de um furo de rolamento de pressão com uma tolerância total de 0,0002 polegada de diâmetro.

"E toda essa geometria era apenas metade do problema", diz Hattori. "O resto era tamanho do lote. Poderíamos ter usinado a peça usando fixações complexas no centro de usinagem, junto com o torno CNC que usávamos na época. Mas isso teria incorrido em um grande custo de configuração, impossível de amortizar a pequena tiragem da peça geralmente chega a 100 peças."

O Sr. Hattori fabricou o protótipo do carretel de pesca, mas não se preocupou em licitar a peça de produção. Pelo menos, não a princípio. Desde então, no entanto, a peça se tornou uma importante fonte de receita para a loja de 10 funcionários. Isso aconteceu depois que Hattori reinventou seu processo.

Usinagem completa

O principal resultado da engenhosidade do Sr. Hattori é um processo onde todas as operações de torneamento, fresamento e furação são combinadas em uma única máquina, um centro de torneamento CNC Mazak "Super Quick Turn" (SQT) 15MS-Y. Além de levar um complemento de ferramentas rotativas para operações de fresamento e um segundo fuso oposto para torneamento do segundo lado, a máquina é equipada com um eixo Y programável com quatro polegadas de curso. Essa capacidade do eixo Y permite que operações de fresamento fora do centro sejam executadas enquanto a peça de trabalho ainda está presa no fuso primário ou secundário.

Através do hand-off coordenado e automático entre os dois fusos, todas as superfícies da peça podem ser alcançadas sem qualquer intervenção humana. Cada operação de torneamento, fresamento e furação é realizada sem "desapertar" a peça, assim as referências críticas de posição da peça são mantidas durante todo o processo de usinagem.

Os blanks de peças de trabalho são alimentados na máquina com um Mazak Cut-Feeder. Assim como a capacidade de fresamento e furação permite que o centro de torneamento substitua um centro de usinagem, o Cut-Feeder elimina a serra de fita do processo e também reduz o atraso entre ciclos de peças consecutivos para apenas alguns segundos. O Cut-Feeder não apenas avança a barra, como também a corta no comprimento, de 0,60 a 5,11 polegadas. Ele executa este corte enquanto o SQT usina a peça atual, então carrega a nova peça de trabalho através do mandril assim que o torno estiver pronto para o próximo ciclo.

O alimentador automático ajuda a minimizar o tempo de configuração. A unidade armazena até cinco das barras de 3,25 polegadas de diâmetro usadas para carretilhas de pesca e avanços e corta cada uma sem rotação. Em vez de uma metodologia de alimentação de barra convencional, o Cut-Feeder mantém a barra estacionária enquanto as ferramentas de corte giram em torno do estoque, alimentando lentamente até que o corte seja concluído. Como as barras não giram, nenhuma pré-usinagem é necessária para torná-las redondas (mesmo perfis quadrados ou hexagonais funcionam). Como resultado, o Sr. Hattori pode simplesmente colocar uma ou mais barras no alimentador e deixar o centro de torneamento convertê-las em peças usinadas acabadas. A rebarbação final é a única operação realizada fora da máquina.

O processo de usinagem envolve 20 trocas de ferramentas, mas não requer nenhum operador, então o Sr. Hattori geralmente permite que ele funcione sem supervisão - recuperando 90 bobinas para cada barra de 12 pés que ele carrega.

Retorno da imaginação

As bobinas saem do centro de giro à razão de uma a cada oito minutos. Embora o ciclo aproveite as altas velocidades do fuso da máquina - 5.000 rpm para fusos principais e segundos, 3.000 para ferramentas rotativas - o Sr. Hattori credita a programação criativa como o principal motivo pelo qual o tempo de ciclo é tão baixo. Ex-especialista em usinagem de uma empresa de pesquisa e desenvolvimento aeroespacial, Hattori abriu sua loja há 10 anos para continuar a elaborar estratégias complexas de usinagem CNC depois que seu empregador fechou e fechou.

"O torno multitarefa oferece maior retorno para a imaginação de um programador do que qualquer outro que já usei", diz ele. "Com tantas opções em uma máquina, sempre há outra maneira - e geralmente uma maneira melhor - de produzir qualquer recurso."

Por exemplo, o Sr. Hattori encontrou um método incomum para girar os flanges finos do carretel de alumínio em alta velocidade sem deflexão. Depois que todos os recursos em uma face foram usinados enquanto a peça está no mandril principal, o programa do Sr. Hattori faz o segundo mandril segurar enquanto ainda mantém o aperto do mandril primário. Agarrar a peça de ambos os lados desta maneira elimina o problema de deflexão. À medida que os dois fusos giram em uníssono, o metal entre os dois flanges é sobrecarregado como se fosse um único sulco, com 0,75 polegada de profundidade.

A capacidade do eixo Y é usada para produzir as serrilhas da catraca. Em vez de indexar a peça com o fuso para cortar cada reentrância - a maneira como o trabalho seria feito em um torno tradicional de ferramentas vivas - o Sr. Hattori faz com que o fuso principal mantenha a peça imóvel enquanto a torre se move de um serrilhado para o próximo, usando a interpolação X-Y. Enquanto a torre faz o movimento apenas um pouco mais rápido que o fuso de indexação, quando essa diferença é multiplicada por 36 serrilhas, o ganho de produtividade é pronunciado.

Em outros casos, o eixo Y produz recursos que podem ser usinados em uma máquina de torneamento/fresamento convencional de três eixos (X, Y e C). Um exemplo é uma roda de catraca de aço 4340 para o mecanismo de temporização de um sistema de montagem robótica. A peça tem 3,25 polegadas de diâmetro com um disco de 3/16 polegadas de espessura e um cubo integral mais largo, e parece uma lâmina de serra com 12 dentes ao redor da circunferência. O eixo Y permite que 12 planos sejam usinados ao redor da circunferência da lâmina. "Cada apartamento é um corte simples", diz Hattori. "Costumávamos precisar de um centro de usinagem para esta peça, mas agora que posso cortá-la completa [em uma única configuração], um lote de 100 rodas leva três horas a menos para usinar."

Interpolação de três eixos

Esta parte é outro caso do diabo nas serrilhas. Para um fabricante local de equipamentos médicos, o Sr. Hattori produz um suporte de 2 polegadas de diâmetro para a unidade de controle de um cateter de mapeamento eletrônico cardíaco. Metade de uma junta de dobradiça que mantém o controle estável em várias orientações, a peça apresenta um longo plano ao longo da linha central, onde metade da parte superior da peça é usinada. Este plano forma a superfície onde as duas metades da junta se encontram e inclui um orifício para o pivô que as une. Em torno deste pivô estão 30 serrilhas de dente de serra. Permitindo que a junta engrene e trave em várias posições, as serrilhas formam um padrão de raios de sol simétrico com o pivô no centro e combinam com um padrão semelhante na outra metade da dobradiça.

"Dois eixos lineares não são suficientes para usinar esse recurso; você precisa ter três", diz Hattori. "Embora as cristas serrilhadas estejam todas no mesmo plano, os caminhos da ferramenta não. Usamos uma fresa de topo retificada personalizada que corresponde ao ângulo da calha entre duas serrilhas, mas mesmo com esta ferramenta, um caminho de ferramenta de dois eixos pode Em vez do pico afiado necessário até a circunferência do padrão, um caminho de ferramenta de dois eixos produziria um pico em forma de leque, porque o espaço entre os dois cortes ficaria mais espesso à medida que o ferramenta se afastou do hub."

Para resolver este problema, o Sr. Hattori interpola em três eixos para fazer cada corte. O diâmetro da ferramenta de aterramento personalizado é aproximadamente o tamanho da distância pico a pico na circunferência. Portanto, o Sr. Hattori começa no cubo - onde a ferramenta corta apenas em sua ponta - e alimenta a ferramenta para baixo em Y à medida que se move para fora ao longo do raio do padrão em X e Z. Dessa forma, as serrilhas usinadas têm a mesma espessura de pico na circunferência e no cubo, e são usinados em uma única passagem. A parte da dobradiça de suporte também é usinada a partir de um sólido - começando com uma barra de alumínio. O tempo total do ciclo é de cerca de 12 minutos por peça.

Ao contrário do carretel de pesca, a dobradiça de suporte fazia parte do trabalho estável do Sr. Hattori mesmo antes de ele comprar o centro de torneamento de multiprocessamento. As peças foram originalmente cortadas em torno CNC e centro de usinagem vertical. Para produzir a conicidade redonda da peça, o torneamento veio primeiro. "O perfil suave tornou a configuração demorada no centro de usinagem vertical", diz Hattori. "Não podíamos usar um torno, então tivemos que prendê-lo em um acessório personalizado."

Agora, esse problema acabou - porque os mandris do centro de torneamento seguram a peça para torneamento e fresamento. "O tempo de fresamento no SQT é o mesmo do centro de usinagem, mas agora ninguém precisa parafusar e desparafusar a peça", diz o Sr. Hattori. "É uma grande diferença. Com apenas essa melhoria, reduzimos o tempo de ciclo da dobradiça em mais de 30 por cento."