O giro é opcional

Era uma vez, tornos usinados peças redondas. Eles ainda fazem isso.

No entanto, os fabricantes de máquinas-ferramenta reconheceram que as peças torneadas geralmente exigem pelo menos algum trabalho de fresagem ou furação. Com a peça já presa no torno, e com um torno CNC já capaz dos movimentos que poderiam alimentar ferramentas rotativas de forma eficaz, era lógico aumentar as capacidades dos tornos adicionando fusos extras para o trabalho da ferramenta rotativa. O que antes eram máquinas de torneamento dedicadas tornaram-se também fresadoras e furadeiras.

Na verdade, as máquinas que eram mais eficazes na coordenação de torneamento, fresamento e furação em uma única configuração tornaram-se centros de usinagem flexíveis, únicos e de múltiplas operações. Com toda a usinagem que eles podiam fazer, seria lógico renomeá-los como “centros de usinagem”, se esse nome já não tivesse sido adotado. Um torno alimentado por barra que tem capacidade de ferramenta rotativa e um subfuso oposto ao fuso principal pode alimentar matéria-prima em uma extremidade e usinar todas as faces e recursos de uma peça elaborada sem que o operador tenha que intervir. Além disso, pode continuar produzindo peça após peça enquanto a barra durar. Muitas lojas agora estão usinando dessa maneira. Um fabricante particularmente experiente em usinagem dessa maneira é a Jesel Valvetrain Innovation.

A Jesel, com sede em Lakewood, Nova Jersey, fabrica componentes de trens de válvulas sob medida para aplicações exigentes em carros de corrida. Componentes que podem ser estampados para um motor de carro normal são usinados em aço sólido em Jesel. Quatorze anos atrás, a empresa foi uma das primeiras usuárias do torno CNC modelo DL-15 da Mori Seiki com recursos de ferramentas dinâmicas. Ao longo dos anos, as máquinas evoluíram e a oficina continuou a aprender como aplicá-las de forma mais eficaz. Agora, a área de fabricação desta planta inclui 11 tornos fresadoras CNC, a maioria das quais são máquinas modelo DL-150 – uma versão mais avançada da máquina que a planta começou a usar.

Uma parte que a empresa introduziu recentemente ilustra até onde chegou o pensamento desta fábrica em relação a essas máquinas. A peça é um marco não apenas para a planta em si, mas também para a evolução da usinagem de tornos mecânicos em geral. A peça, um seguidor de câmera no alto, tem uma forma em forma de caixa vagamente sugestiva de duas vírgulas ou duas orelhas unidas. Originalmente, a fábrica assumiu que esta peça seria usinada em cinco configurações em centros de usinagem. Dado o valor da peça e os volumes em que ela seria executada, tal processo poderia ser facilmente justificado. No entanto, Ray Frattone Sr., diretor de fabricação da empresa, sugeriu uma abordagem diferente. Parte do papel do Sr. Frattone é encontrar novas maneiras de fabricar as peças do catálogo da empresa de forma mais econômica. Ao fazê-lo, ele trabalhou extensivamente com o equipamento de tornearia. O seguidor de came é compacto o suficiente para poder ser usinado a partir de uma barra sólida, ele percebeu. Especificamente, pode ser usinado em barra de aço de liga 4140 de 1,125 polegadas de diâmetro. Alimentar este material através do alimentador de barras LNS da máquina Mori Seiki não apenas permitiria que a peça fosse usinada completa, mas também permitiria que uma série de peças fosse usinada sem atenção.

O engenheiro de fabricação Mark Cubbedge trabalhou no processo desta peça. Ele descobriu que havia, de fato, capacidade suficiente nas duas torres de 12 posições do DL-150 para acomodar todas as ferramentas de fresagem e perfuração necessárias para usinar a peça dessa maneira. Em suma, havia posições de ferramenta suficientes para usinar a peça completa. A configuração para esta peça inclui uma ferramenta de corte para separar a peça da barra, mas fora isso, cada posição de ferramenta usada para usinar esta peça contém um fuso de ferramenta rotativa.

O pensamento de Jesel sobre tornos de ferramentas mecânicas fez, assim, uma jornada completa. Essas máquinas agora são usadas e valorizadas nesta fábrica não como tornos com alguma capacidade extra, mas como centros de produção de configuração única. Como ilustra a peça do seguidor de came, esta máquina agrega valor ao processo mesmo quando a geometria da peça está tão longe de ser redonda que essencialmente não há necessidade de trabalho de torno tradicional.

Compensações

Dois números de peça do seguidor de came são usinados no DL-150. A maior das duas partes mede aproximadamente 0,75 por 0,8 por 2,5 polegadas. Com exceção do tratamento térmico e afiação, toda a fabricação é realizada nesta máquina, dentro de um ciclo que requer menos de 10 minutos.

Tanto o fuso principal como o fuso secundário trabalham simultaneamente durante este ciclo. O fuso principal mantém a peça para fresamento de desbaste, fresamento de acabamento e furação. O subspindle então pega a peça para completar a fresagem da forma e também realiza alguns rasgos, enquanto o fuso principal começa a usinar a próxima peça. O uso do termo “fuso” nesses contextos é um tanto impreciso, é claro, porque os fusos são usados ​​como eixos rotativos nesse processo em vez de girar a peça para torneamento. Dada a forma como a máquina é utilizada, referir-se ao “mandril principal” e ao “mandril secundário” é mais adequado.

O software CAM da Gibbs and Associates fornece o caminho da ferramenta. O Sr. Cubbedge diz que um plug-in de rebarbação da Gibbs provou ser particularmente valioso. O software programa o movimento preciso de uma ferramenta de ponta esférica de pequeno diâmetro ao longo dos cantos afiados da peça. No mandril secundário, essa rebarbação também ajuda a misturar o trabalho da primeira e da segunda fixação em superfícies usinadas contínuas e sem costura. A eficácia dessa rebarbação na máquina foi vital para gerar uma peça pronta para uso com pouco esforço adicional após a usinagem.

Tanto o Sr. Frattone quanto o Sr. Cubbedge concordam que a usinagem de torno com ferramentas não é perfeita. Levar a peça do estoque bruto para perto da conclusão em um único manuseio alimentado por barra pode parecer tremendamente eficiente, mas na verdade esse tipo de máquina apresenta compensações que precisam ser reconciliadas. Embora a máquina seja versátil o suficiente para não precisar se limitar a peças torneadas para agregar valor, a máquina não é necessariamente adequada para qualquer peça que possa estar dentro do envelope do estoque alimentado por barra. Em comparação com a opção de usinar a peça em várias configurações em um centro de usinagem, os desafios que Jesel teve que enfrentar ao executar a peça em um torno incluíam todos os seguintes:

• Tempo de configuração. O torno de ferramentas motorizadas da oficina tem um total de 24 posições de ferramentas em suas duas torres. Um pequeno centro de usinagem vertical normalmente teria mais capacidade de ferramenta em seu magazine do que isso, e um centro de usinagem horizontal de produção teria consideravelmente mais capacidade de ferramenta. Nos centros de usinagem, as ferramentas podem, portanto, ser mantidas dentro da máquina até que sejam necessárias. Por outro lado, no torno de ferramenta motorizada, o ferramental normalmente precisa ser trocado completamente para cada novo número de peça que a oficina executa. A troca completa da ferramenta é tão demorada que as peças geralmente precisam ser executadas em quantidades de centenas antes que o tempo de configuração possa ser amortizado. Isso não é problema nas peças do seguidor de came, porque Jesel tende a executar esse número de peça por semanas a fio para reabastecer seu estoque. No entanto, o requisito de tempo de configuração da ferramenta impediria que essa mesma peça fosse executada em pequenos lotes ou just-in-time, a menos que a máquina pudesse de alguma forma ser configurada e inteiramente dedicada a números de peças nesta família .
• Preocupações de fixação. Outra vantagem que ajuda a Jesel a implementar processos incomuns de forma eficaz é que seu projeto e fabricação ocorrem na mesma instalação de 110.000 pés quadrados. A coordenação entre a fabricação e o projeto foi essencial para fazer essa peça com eficiência, porque o mandril no subspindle precisava de uma forma segura para fixar. A peça foi redesenhada para isso. Mesmo assim, no entanto, a força de fixação é limitada. A peça parcialmente usinada é flexível o suficiente para que a alta força de fixação com um mandril possa afetar a precisão. No subspindle, portanto, a peça é mantida em um mandril de mandíbula macia com força de fixação moderada, e a agressividade das operações de usinagem é correspondentemente limitada.
• Risco do Chatter. Além da força de retenção limitada, outro fator é ainda mais significativo para limitar a agressividade com que o processo pode cortar. As ferramentas rotativas neste processo invariavelmente apresentam um longo balanço, porque a ferramenta precisa de folga suficiente para ultrapassar as garras do mandril. Essas ferramentas de comprimento estendido apresentam um risco maior de deflexão e vibração que limita a profundidade de corte, principalmente em uma aplicação como essa que usina aço. Antes que esse processo pudesse ser colocado em produção, o pessoal da Jesel teve que testar e ajustar o processo cuidadosamente para garantir que as passagens críticas de usinagem não vacilassem de uma maneira que comprometesse as tolerâncias apertadas. Mesmo assim, algumas ferramentas se desgastam mais rapidamente do que em um processo mais rígido, diz Cubbedge. Uma ferramenta de fresamento específica precisa ser trocada a cada 10 peças.

Recompensas

Ainda assim, as ferramentas também podem se desgastar rapidamente em um processo de centro de usinagem, diz ele. Um processo envolvendo centros de usinagem também teria que ser ajustado até certo ponto para garantir que as precisões críticas fossem alcançadas. O fato de Jesel ter se comprometido com o processo no torno mecânico é testemunho suficiente de que esses desafios podem ser superados. Na verdade, esses obstáculos são minúsculos em comparação com os riscos que uma série de configurações em centros de usinagem representaria na usinagem da mesma peça, dizem os funcionários da Jesel.

Um desses riscos é o erro. Cada novo manuseio oferece o risco de erro relacionado à configuração. Em um processo com cinco configurações, o valor agregado por quatro operações de usinagem precisas poderia ser perdido se o quinto carregamento da peça estivesse com defeito de alguma forma que fizesse com que a peça fosse sucateada. A torno-fresadora evita esse perigo eliminando o manuseio, com o processo de parada única mantendo todas as relações entre recursos em toda a geometria da peça.

Em outras palavras, para a parte do came seguidor, Jesel conviverá com o tempo de setup para troca de ferramentas, porque isso é mais fácil de gerenciar do que o tempo de carga/descarga de levar peças de operação para operação em centros de usinagem. A oficina também aceitará a necessidade de evitar e gerenciar as conversas, porque isso é muito melhor do que o potencial de erro imprevisível e refugo dentro de um processo que envolve muitos manuseios.

Finalmente, o pessoal da Jesel também viverá com o fato de que sua máquina de torneamento está funcionando por dias e semanas sem fazer muito em termos de torneamento. A oficina continua a aumentar sua compreensão de como usar as máquinas versáteis de forma eficaz, e a experiência de operar essa peça do centro de usinagem de forma eficiente em um torno de ferramenta motorizada deu à oficina algumas informações valiosas. No futuro, muitas peças que supostamente são “trabalho de centro de usinagem” serão vistas de uma maneira diferente.