Levando o CNC para o próximo nível em um multifuso

A tecnologia CNC mudou radicalmente a natureza da usinagem em uma máquina multifuso. O movimento dos porta-ferramentas e corrediças da ferramenta em cada estação de indexação são controlados por servomotores CNC sob comando programado e não por um sistema de cames mecânicos. É possível realizar uma série de operações de não torneamento como fresagem, furação, rosqueamento e fresagem em cada estação, além de todas as operações de torneamento pelas quais essas máquinas são conhecidas. Uma grande variedade de peças pode ser concluída em uma única passagem em um multi-fuso CNC. Além disso, as configurações e as trocas são bastante simplificadas porque os movimentos da ferramenta podem ser reprogramados em vez de alterados pela produção e instalação de um novo conjunto de cames.

Desenvolvimentos inovadores na linha TMZ de multifusos Mori-Say da ZPS America LLC (Indianapolis, Indiana) prometem levar o CNC a um novo patamar neste tipo de máquina-ferramenta. Um desses desenvolvimentos é um novo sistema de acionamento que permite que a velocidade de rotação do eixo C de cada fuso seja programada de forma independente. Esse recurso permite que os usuários otimizem as velocidades do fuso para operações de usinagem específicas. Torna as operações CNC mais flexíveis e eficientes, simplificando ainda mais a configuração e a troca. Mais importante, dizem os desenvolvedores, novas classes de peças agora podem ser produzidas de forma eficiente e econômica em um multifuso. A gama inclui peças que são frequentemente produzidas em tornos/fresadoras ou células de produção multimáquinas. Peças complexas que exigem uma variedade de etapas de torneamento e não torneamento de alta precisão podem ser finalizadas em uma única passagem, e não são necessárias corridas de alto volume para alcançar essa operação econômica.

Esta nova geração de multifusos é composta por dois modelos distintos. O Mori-Say TMZ642, uma versão de seis eixos, foi apresentado ao mercado norte-americano na IMTS 2008 em Chicago em setembro passado. A Mori-Say TMZ867, uma versão de oito fusos para peças maiores e cortes mais pesados, será apresentada na Precision Machining Technology Show (PMTS) em Columbus, Ohio, em abril de 2009. (Veja a caixa abaixo para obter detalhes desta máquina .)

Um novo conceito de impulso

O novo sistema de acionamento incorporado nestas máquinas segue um conceito de design incomum. De acordo com Olaf Tessarzyk, sócio-gerente e presidente da ZPS America, é esse sistema de acionamento que diferencia essas máquinas de outros projetos de vários fusos. O sistema de acionamento utiliza um eixo de acionamento composto para alimentar todos os fusos no tambor rotativo, mas cada fuso pode ser configurado para funcionar em uma velocidade diferente. As velocidades disponíveis variam de 2.000 a 6.000 rpm. O usuário pode escolher a velocidade mais adequada para as operações realizadas em cada estação, evitando assim comprometimentos no desempenho da ferramenta de corte, acabamento superficial ou tempo total de ciclo que resultam da aplicação de uma única velocidade a cada fuso conforme ditado pelos projetos convencionais de multifusos.

Com apenas um eixo de transmissão disposto da parte traseira para a frente da máquina, como vários fusos podem funcionar em velocidades diferentes, um feito que não é possível em outras máquinas comparáveis? O "eixo" que aciona os fusos é na verdade um conjunto de tubos telescópicos - um tubo para cada fuso, conforme mostrado na ilustração à direita.

Os tubos são de comprimento desigual - o mais interno é o mais longo e o externo é o mais curto. No lado do motor da máquina, a diferença de comprimento de tubo para tubo é suficiente para que as polias, correias e engrenagens de cada conjunto de motores de acionamento sejam acopladas sem interferir no próximo tubo. Assim, cada tubo pode ser acoplado ao seu próprio sistema de acionamento. Os motores de acionamento são servoacionados para que o fuso correspondente gire na velocidade definida no programa CNC para as operações realizadas. Os tubos também são "escalonados" em comprimento no lado de corte da máquina, onde a engrenagem na extremidade de cada tubo fornece movimento rotacional ao seu fuso específico. Os rolamentos dentro do conjunto de tubos permitem que todos os tubos girem com atrito mínimo.

Do ponto de vista técnico, diz-se que este sistema de acionamento tem vários benefícios. O mais importante é manter o calor criado pelo banco de motores de acionamento longe do tambor do eixo. Isso fornece estabilidade térmica sem um sistema de resfriamento elaborado. Além disso, este design garante que os fusos permaneçam sempre conectados aos seus respectivos motores de acionamento sem a necessidade de contatos de alimentação complexos que devem ser desconectados ou reconectados ao final de cada ciclo de indexação. Isso significa que o tambor não precisa "desenrolar" para sua posição inicial para evitar enrolar quaisquer cabos de alimentação ao redor do eixo de acionamento dentro do tambor. Na verdade, os tambores desses novos modelos podem girar em qualquer direção.

Não Um nome familiar

A maioria dos usuários de máquinas-ferramenta nos Estados Unidos não conhece bem a Mori-Say como marca de máquina-ferramenta. A ZPS-America e sua controladora, TAJMAC Group, provavelmente não estão familiarizadas. TAJMAC (pronuncia-se TIE-mack) é um grupo multinacional de empresas de construção, distribuição e fornecimento de máquinas-ferramenta com sede perto de Milão, Itália. A TAJMAC foi formada após a Segunda Guerra Mundial por Amedeo Tajariol. Seu filho, Andrea, agora lidera a equipe de gestão na sede corporativa. O filho de Andrea Tajariol, Michele, administra a fábrica TAJMAC-ZPS na República Tcheca.

ZPS (um acrônimo em tcheco que se traduz como "Plantas de Engenharia de Precisão") é a principal fábrica do grupo TAJMAC. Ele está localizado não muito longe de Zlin, uma pequena cidade no centro da República Tcheca. Durante anos, a ZPS vem produzindo vários tipos de máquinas-ferramentas para rotulagem privada por várias empresas conhecidas dos EUA e do Japão. Portanto, embora o ZPS possa não ser familiar, é provável que muitos clientes dos EUA estejam familiarizados com essas máquinas sob outra marca.

A ZPS tem um histórico de construção de máquinas-ferramenta que remonta ao início de 1900. A produção de equipamentos CNC começou na década de 1980. Após a queda da Cortina de Ferro, a ZPS passou por várias mudanças de propriedade. A TAJMAC adquiriu a empresa em 2000.

Parte do complexo ZPS inclui uma das fundições mais modernas da Europa. Esta fundição produz peças fundidas para as máquinas multifusos, bem como para muitos outros modelos ZPS e vários fabricantes de máquinas-ferramenta externos. Ter uma fundição que é particularmente hábil em vazar peças fundidas de máquinas-ferramenta é um ativo fundamental para o grupo. Os novos multifusos são um excelente exemplo.

Especificamente, o design do bloco central, que contribui significativamente para a rigidez e precisão de toda a estrutura da máquina, exige uma fundição bastante complexa que poucas fundições poderiam produzir de maneira confiável e econômica, diz Michele Tajariol. Esta fundição permite que o tambor, bloco central e acoplamento do tambor sejam montados em uma configuração que permita que o tambor seja girado sob força e quebre as engrenagens e rolamentos. Esses componentes são usinados como um conjunto integral somente após esse período de amaciamento. Isso inclui as etapas finais nos furos do fuso, que são acabados em uma máquina de mandrilar grande e de alta precisão, enquanto o tambor com seu acoplamento Hirth está em posição na fundição. Diz-se que esta abordagem atinge uma centralização quase perfeita dos fusos. O resultado é um posicionamento altamente preciso como o índice dos fusos, permitindo que as máquinas realizem usinagem de alta precisão de peças complexas.

A ZPS produz multifusos desde a década de 1950. A empresa planejava entrar no mercado dos EUA há cerca de 20 anos, mas esses esforços nunca decolaram. No entanto, a Tajmac-ZPS recentemente reviveu os planos de marketing nos Estados Unidos. A ZPS-America, inicialmente formada em meados de 2000, construiu um novo centro técnico em Indianápolis para abrigar um showroom, instalações de treinamento, estoque de peças sobressalentes e uma organização de serviços. Este centro foi inaugurado no ano passado.

Máquinas alucinantes

O Sr. Tessarzyk acredita que as máquinas multifusos com capacidade de CNC estendida estimularão um repensar de como essa classe de máquinas-ferramentas pode ser aplicada, mas elas precisam ser competitivas em termos de custo e confiáveis. Em sua estimativa, este seria um exercício saudável para as empresas americanas, que têm uma forte tradição de se ajustar a novas ideias. concorrentes. Essa agilidade mental e desenvoltura mantêm as melhores lojas e fábricas na liderança. As novas máquinas Mori-Say provavelmente desafiarão as oficinas mais uma vez a pensar em novas possibilidades de produção eficiente de peças.

O Sr. Tessarzyk diz que essas máquinas alucinantes atrairão duas classes distintas de usuários em potencial. Ambos serão desafiados por essas máquinas. Uma classe, obviamente, é a comunidade de usuários atuais de vários fusos. O desafio para eles será entender como as peças que exigem muitas operações sem torneamento podem ser concluídas em uma configuração nessas máquinas. A outra classe de usuários potenciais consiste em oficinas de produção que agora fabricam esse tipo de peça em células multimáquinas, tornos/fresadoras ou máquinas de transferência rotativa. O desafio para essas oficinas é considerar, em primeiro lugar, uma máquina multifuso. Este tipo de máquina tem sido amplamente negligenciado porque as configurações são consideradas complicadas e demoradas. O pensamento convencional tem esses multifusos atrelados a grandes volumes de peças torneadas.

Novas estratégias são possíveis

Perfis de alguns adaptadores iniciais do CNC Mori-Say TMZ642 mostram como essas máquinas podem mudar as estratégias de produção para melhor. One é um fabricante de acessórios de soldagem que deslocou a produção de multifusos mecânicos e máquinas de torneamento/fresamento de alta qualidade. A outra é uma casa de máquinas de parafuso tradicional que se ramificou em peças mais complexas em materiais difíceis de usinar.

A Trafimet é uma empresa italiana que fabrica tochas, conectores de alimentação, pontas consumíveis e outros suprimentos relacionados à soldagem vendidos em todo o mundo. Sua principal fábrica fica em Vincenza, a cerca de uma hora de carro ao norte de Milão. Esta fábrica produz milhões de peças por ano, sendo a maioria conectores, soquetes, adaptadores e pontas de maçarico de cobre ou latão.

Durante anos, a empresa contou com dois tipos contrastantes de máquinas-ferramenta para atingir suas metas de produção. De um lado estavam as máquinas multifusos – duas máquinas mecânicas de oito eixos e quatro máquinas mecânicas de seis eixos, todas dedicadas à produção de peças complexas em grandes tiragens. Do outro lado havia várias máquinas de torneamento/fresamento de eixo único e três torres, que eram usadas para peças menos complexas feitas em tiragens mais curtas.

Em 2006, a demanda por tomadas e plugues de alimentação da empresa aumentou substancialmente. Seus engenheiros inicialmente consideraram um torno automático de oito fusos para a produção de soquetes, mas estavam preocupados com a capacidade de trocar rapidamente de peça para peça e decidiram considerar uma máquina CNC de vários fusos. Todos os multifusos mecânicos da empresa foram fornecidos pela ZPS, por isso era natural considerar o TMZ642 deste construtor, que acabava de ser lançado na Europa. Parecia ser uma máquina apropriada para lidar com um mix diversificado de produtos em tiragens de 10.000 a 50.000 peças.

"A TAJMAC nos ajudou a pensar de forma diferente sobre nossos processos e, assim, alcançar melhores resultados", diz Ugo Simioni, engenheiro industrial da Trafimet. Por exemplo, a independência de cada fuso permite realizar muitos tipos de usinagem, incluindo operações que exigem uma parada do fuso ou um fuso de eixo C orientado independentemente. "Isso torna a máquina um verdadeiro e completo centro de torneamento e fresamento", diz o Sr. Simioni.

"Em tempos difíceis, descobrimos que podemos mover alguns produtos para o multifuso TMZ e lidar com tamanhos de lote menores, reduzindo os tempos de ciclo por peça", diz o Sr. Simioni. "Uma de nossas peças estava funcionando em um torno/fresadora de eixo único com um tempo de ciclo de cerca de 1 minuto. Com um pouco de planejamento, descobrimos que poderíamos fazer a mesma peça economicamente em lotes de 5.000—tempos de ciclo de 12 segundos — com três trocas por semana na nova máquina." Os engenheiros da Trafimet já haviam determinado que um tempo de ciclo de 15 segundos permitiria produzir lotes de 10.000 a 20.000 peças economicamente. "Os acionamentos independentes do fuso e o sistema de acionamento avançado, o uso de eixos extras e outras melhorias tornam a máquina extremamente versátil e nos permitiu encontrar novas formas de reduzir os custos dos produtos", destaca.

A BRB, localizada perto de Bérgamo, na Itália, é um bom exemplo de uma fábrica de máquinas de parafuso tradicional em transição para peças complexas e de alta precisão feitas de materiais difíceis de usinar. Esta loja adquiriu seu primeiro Mori-Say TMZ642 em setembro de 2008.

A instalação dessa máquina permitiu que a oficina ganhasse pedidos para uma complexa luva hidráulica em aço inoxidável. A peça exige a furação de vários furos transversais de pequeno diâmetro em diferentes ângulos em relação à linha central da peça. Como a tolerância nesses furos transversais angulares é apertada, a rigidez da máquina é especialmente importante.

Outra característica crítica é a capacidade de cada fuso de fixar a peça de trabalho com segurança para operações de usinagem de alto torque eficazes no aço inoxidável. Por exemplo, uma ferramenta de fresamento de três pontos é usada para formar ranhuras em uma extremidade da peça. Normalmente, tais recursos seriam produzidos com uma lâmina de serra circular. No entanto, nenhuma lâmina de serra poderia lidar com o aço inoxidável nas velocidades de corte necessárias para atender aos requisitos de tempo de ciclo. Na verdade, os tempos de ciclo nessas peças são tão curtos que a empresa desenvolveu uma estação de medição especial para que os operadores pudessem realizar amostragem adequada das peças e documentar os altos números de Cpk especificados para esta peça.

A BRB vê seu futuro atrelado à produção de peças como esta. Como essas peças normalmente não são produzidas em máquinas multifusos, a oficina acredita que pode ser altamente competitiva com empresas que buscam produzir esse tipo de peça em tornos CNC.

Uma oportunidade histórica

Job shops e casas de produção podem estar enfrentando um cenário notável. O aumento dos custos de produção e outros fatores estão tornando menos favorável a aquisição de muitos componentes de fábricas off-shore. Os compradores procurarão produtores capazes em casa que possam tirar proveito de novas tecnologias, logística mais simples, custos de transporte mais baixos e melhor comunicação para preencher essa lacuna. No entanto, eles ainda precisarão chegar perto de igualar o "preço da China" para permanecerem competitivos em seus mercados globais.

O Sr. Tessarzyk acredita que esse desdobramento da situação apresenta uma oportunidade notável para empresas que adotam rapidamente novos desenvolvimentos de usinagem. É claro que as estratégias de processamento de peças que ele tem em mente aproveitam a flexibilidade e a capacidade dos multifusos de sua empresa, mas este é apenas um exemplo de uma mudança na tecnologia que exige uma mudança na perspectiva e no pensamento. As oficinas de máquinas de parafuso terão que se tornar fornecedores de produção CNC em tiragens curtas com tempos de resposta curtos. Da mesma forma, as oficinas de CNC terão que fazer a transição de uma dependência de máquinas simples que fazem manobras de corte complexas para máquinas mais complexas que tiram o máximo proveito de movimentos simples.

Um modelo de oito eixos para peças grandes e resistentes

Embora o Mori-Say TMZ867 esteja fazendo sua estréia norte-americana no PMTS (28 a 30 de abril de 2009, www.pmts.com), um modelo já está em exibição no showroom TAJMAC-ZPS em a área de Milão, Itália. Esta máquina é usada para demonstrações e para provar peças de clientes. Uma peça testada recentemente exemplifica as capacidades desta máquina e reforça o fato de que as aplicações para processamento multifuso estão se movendo em uma nova direção.

A peça é um componente da coluna de direção em aço inoxidável. O alto teor de níquel e cromo do material da peça exige alto torque no fuso. A peça foi anteriormente produzida em um torno pesado do tipo suíço (cabeçote deslizante). Nesta máquina de "ponto único", o tempo de ciclo foi de 60 segundos. No multifuso, são 16 segundos. Ambos os tipos de máquinas completam a peça em uma passagem. De acordo com o Sr. Tessarzyk, o multifuso é tão preciso quanto o torno tipo suíço.

Esta é uma peça extraordinariamente grande para produção em um multifuso. O TMZ867, no entanto, pode acomodar barras de até 72 mm de diâmetro e operar como um mandril frontal aberto. Os recursos padrão incluem oito fusos horizontais CNC independentes acionados por CA; oito lâminas compostas independentes (X e Z); oito porta-ferramentas independentes com oito ferramentas acionadas a 12.000 rpm; cinco ferramentas de backworking (três acionadas); e uma variedade de ferramentas VDI predefinidas padrão.

O sistema de acionamento segue os mesmos princípios pioneiros em seu irmão mais novo de seis eixos, o TMZ642. Cada um dos oito fusos da máquina está ligado por um eixo composto ao seu próprio motor no tambor do fuso, que emprega um acoplamento Hirth preciso. Isso torna desnecessário fazer a indexação reversa do tambor no final de cada ciclo de 360 ​​graus; conectar e desconectar os motores aos fusos a cada indexação; ou para resfriar o tambor para dissipar o calor gerado pelos motores do fuso.