EDMs dão um grande passo para a erosão autônoma

Automatizar processos de EDM requer mais do que boas máquinas

Na maioria das vezes, a EDM é um processo autônomo ou, pelo menos, pouco assistido. Ao contrário de tornos CNC e centros de usinagem, onde um cortador quebrado durante a noite pode causar uma manhã realmente ruim, afundar uma cavidade de molde ou cortar uma matriz de corte requer pouco em termos de babá - por que você não deixaria a máquina funcionar em seu próprio depois que todos foram para casa para o dia? Se o fio quebrar, o EDM simplesmente enfiará um novo. Se o 'trode entrar em curto, o controle fará o possível para se recuperar ou simplesmente desligar tudo até que seu mestre humano venha em socorro. Nada demais.

Tornar o EDM realmente claro, no entanto, requer muito mais do que encadeamentos automáticos e circuitos inteligentes. Isso significa investimento em robôs que não apenas carregam eletrodos na chumbada, mas os transferem de e para um centro de usinagem próximo para processamento. Isso significa EDMs de fio com recursos automatizados de remoção de slug e troca de fio. Isso significa monitoramento remoto, sistemas de medição em processo e paletização de peças. Acima de tudo, significa excelente organização e compromisso com a melhoria contínua. É um grande investimento em tempo e dinheiro, mas para qualquer pessoa disposta a enfrentá-lo, não há razão para que ativos caros de EDM não possam ser mantidos funcionando 24 horas por dia.

Tenha um controle

Uma das etapas mais fáceis em qualquer jornada de automação é colocar um robô na frente de um EDM de chumbada, onde ele pode executar uma tarefa que pode parecer estranha à primeira vista para muitos maquinistas. “Muitos clientes com robôs os estão usando como trocadores de ferramentas gigantes”, disse Mike Bystrek, gerente nacional de produtos EDM de fio da MC Machinery Systems Inc. (Elk Grove Village, IL). “Um fabricante de moldes pode precisar de várias dúzias de eletrodos para uma grande cavidade, e uma oficina de produção pode ter cem ou mais eletrodos em vários trabalhos, por isso é comum usar um robô para isso em vez de um carrossel ou trocador de ferramentas estilo rack.”

Um robô pode atender várias máquinas, levando eletrodos de um EDM para um moinho de grafite ou centro de usinagem. Ele pode trazer eletrodos para uma máquina de medição por coordenadas (CMM) para qualificação antes da configuração, transportar peças acabadas para essa CMM, esperar até que sejam medidas e colocá-las na prateleira ou levá-las de volta à chumbada para usinagem adicional se necessário. Também pode ser usado para trocar bases de moldes ou insertos, desde que caibam na capacidade de carga do robô.

“Esta última peça realmente depende do tamanho da peça de trabalho”, disse Pat Crownhart, gerente de produto da MC Machinery National Sinker. “Quanto maior a peça de trabalho, maior e mais caro o robô, mas como regra geral, qualquer coisa que caiba em um palete quadrado de 12″ (304,8 mm) provavelmente é um jogo justo para automação.”

Ambos concordaram que o uso robótico está aumentando com a EDM de chumbada, mas Crownhart ofereceu várias razões pelas quais é muito menos comum em máquinas de fio, com o gerenciamento de lesmas sendo o principal deles. “Com o trabalho tradicional de punção e matriz, ou em peças aeroespaciais onde você está removendo uma quantidade enorme de material, geralmente não se presta à automação.”

Construindo uma loja melhor

Seja qual for o tipo ou marca de EDM, aqueles que automatizaram seus equipamentos estão claramente obtendo grandes retornos. Os prazos de entrega são mais curtos. A qualidade da peça melhora. E apesar do que pode parecer inicialmente um investimento maciço, os custos operacionais caem e as margens de lucro crescem (muitas vezes substancialmente) quando a automação é implementada adequadamente.

Mas não tão rápido. De acordo com John Bradford, gerente de automação e turnkey VMC/EDM na Makino Inc. (Mason, Ohio), proprietários e operadores de EDM devem estabilizar e otimizar seus processos de usinagem antes de iniciar qualquer projeto de automação. Fazer isso não apenas abre o caminho para o próximo passo, mas torna a loja mais capaz.

“Somos frequentemente abordados por clientes entusiasmados com o burburinho”, disse ele. “Eles querem saber como podem empregar a automação, mas não entendem que você deve primeiro ter um processo consistente e confiável – automatizar um ineficiente não vai torná-lo mais eficiente.”

O gerente da linha de produtos Makino EDM, Brian Pfluger, disse que a obtenção de processos confiáveis ​​começa com uma máquina confiável e de alta qualidade. “Sem a plataforma de máquina certa, compatível com a qualidade da peça desejada, tentar operar em um ambiente sem luz não funcionará. A massa da máquina, os sistemas de feedback de posicionamento, a estabilidade térmica – todos são componentes-chave da base necessária para construir um ambiente automatizado.”

A triste verdade

Sejam cavidades de afundamento, eixos de torneamento ou bolsões de fresamento, a verdade inconveniente sobre nossa indústria é esta:a utilização em máquinas-ferramentas autônomas normalmente não é melhor que 40%, e a EDM não é exceção. É verdade que as oficinas com ciclos de um dia inteiro ou que produzem milhões do mesmo widget todos os anos desfrutam de valores superiores a isso, mas a tendência de peças cada vez mais complexas em volumes de produção mais baixos, sem falar na falta perpétua de trabalhadores qualificados, significa que as oficinas devem automatizar ou morrer.

Mas o que realmente significa automação? Colocar o máximo de peças possível na mesa e deixar a máquina funcionar sem luzes é uma definição, embora essa abordagem leve a um aumento do trabalho em andamento (WIP), não importa a possibilidade de descartar um monte de peças.

Em um mundo perfeito, o fluxo de uma peça é a regra. Os tempos de configuração são tão longos quanto os necessários para alterar os programas, e a máquina não precisa de um humano por perto para executar essa configuração. Os custos de fixação são muito mais baixos do que no cenário de fixação de alta densidade que acabamos de descrever, o cliente pode ter peças muito mais rapidamente e nunca há mais de uma peça ruim, se tanto.

Ferramentas repetíveis e altamente precisas são necessárias para atingir esse objetivo, assim como um pacote de software capaz de controlar os processos de usinagem. Pense em todas as informações necessárias para configurar um EDM de chumbada:a localização da peça, a forma e o tamanho de cada eletrodo, seus padrões de órbita e requisitos dimensionais e de acabamento. Requisitos semelhantes existem para o CMM comum em qualquer célula automatizada, a fresadora e até mesmo o robô. Tudo isso agora precisa ser gerenciado automaticamente, e o “pacote digital” resultante deve acompanhar cada peça enquanto o robô a move para dentro da máquina.

“O gerenciamento de dados é um aspecto crucial da automação”, disse Bradford. “O objetivo aqui deve ser remover completamente os operadores do ambiente físico e transplantá-los para um que seja virtual – sentados em frente a uma tela de computador onde eles possam planejar e agendar trabalhos, escrever programas e inserir seus conhecimentos em um plano de processo. O resultado é um tempo de atividade muito maior em comparação com ficar na frente de uma máquina-ferramenta e alimentar essas informações manualmente.”

As lojas estão ouvindo. De todos os equipamentos de EDM que Makino citou no ano passado, os que incluíam automação tiveram uma taxa de vitória quase três vezes maior do que as máquinas autônomas. “Complexidade à parte, você não pode discutir com as taxas de utilização”, explicou Pfluger. “Onde uma máquina autônoma pode atingir 35% de tempo de atividade, a automação básica levará você a cerca de 60% e, se você adicionar um controlador de célula à mistura, terá 80% ou mais”.

O fator pessoas

Toda essa conversa sobre automação pode deixar os operadores de EDM nervosos com seus empregos, mas Bob Ianitelli, presidente e COO da Belmont Equipment and Technologies Co., (Madison Heights, MI) disse que há pouco com o que se preocupar. “Os robôs não podem fazer tudo e, em muitos casos, é mais econômico usar um operador humano”, disse ele. “Por exemplo, trabalhamos com empresas aeroespaciais em dois ou três turnos. Eles têm pessoas qualificadas suficientes no local, portanto, a necessidade imediata de automatizar pode não existir. No entanto, a automação deve ser considerada sempre que uma oficina precisar de produção adicional, mas não puder encontrar a mão de obra qualificada necessária para equipar os equipamentos além do horário normal de trabalho.”

Assim como nas outras fontes deste artigo, Ianitelli observou que 2018 foi um ano marcante para a automação, “mais do que qualquer outro”, disse ele. Muito disso se deve à escassez de pessoas, bem como ao aumento da demanda que muitos na indústria estão enfrentando atualmente. Para encurtar a história, a necessidade de automação não desaparecerá tão cedo.

Ianitelli concordou com as recomendações oferecidas até agora para ferramentas de alta precisão, consumíveis de primeira linha e equipamentos confiáveis, mas apontou uma consideração que pode ser negligenciada:a supressão de incêndio. “Com máquinas que usam um dielétrico de óleo, há um potencial de incêndio”, disse ele. “Isso pode não ser uma preocupação tão grande quando um operador está presente e tem acesso a um extintor, mas qualquer operação submersa deve investir em um sistema de supressão de incêndio de alta qualidade. Os clientes devem verificar com seu município local os códigos e restrições, pois eles podem variar.”

Dependendo da complexidade, o custo desses sistemas pode ser substancial, mas, assim como o restante do investimento em automação, eles são fáceis de justificar. “Cada oficina é diferente e obviamente há muitas variáveis ​​a serem consideradas antes de fazer grandes gastos com ferramentas, robôs, sistemas de software e todo o resto”, explicou Ianitelli. “Dito isso, muitos de nossos clientes recuperam seu investimento em dois anos, outros em menos de seis meses. Tudo depende da aplicação e do que você está tentando realizar.”

Solte o tanque

Evan Syverson, gerente de marketing da Sodick Inc. (Schaumburg, IL), adverte as lojas a se educarem completamente antes de puxar o gatilho em qualquer investimento em automação. “EDM já é um processo bastante não tripulado; a automação só a leva para o próximo nível”, disse ele. “O principal é avaliar suas necessidades e garantir que você tenha o equipamento certo para o trabalho. Visitei recentemente uma loja que estava convencida de que precisava de uma célula de produção linear completa. Na realidade, tudo o que eles precisavam era de um robô relativamente simples para manter sua chumbada alimentada com eletrodos. Eles poderiam ter gasto muito mais do que o necessário.”

Nem é um pré-requisito que as oficinas invistam em uma nova máquina - desde que um EDM mais antigo ainda seja mecanicamente sólido, tenha recursos como um tanque de queda para facilitar o acesso do robô e alguns meios de monitoramento remoto. Então, por todos os meios, traga-o para a dobra de automação.

“Você pode automatizar o quanto quiser, mas se não houver ninguém para lhe dizer que algo deu errado ou qual é o status, você perderá um valioso tempo de máquina”, disse Syverson. “Esta é uma área em que a Internet das Coisas Industrial (IIoT) está tendo um grande impacto. Agora é muito mais fácil gerenciar equipamentos remotamente, agendar trabalhos e acompanhar melhor tudo; as lojas estão se tornando muito mais flexíveis, mais eficientes e estão abrindo muitas portas para as pessoas.”

Reto e estreito

Syverson reconheceu que seu cliente não precisava de uma célula de fabricação linear, mas esse não é o caso de todas as oficinas de EDM. Fred Holzmacher, gerente regional da Erowa Technology Inc. (Arlington Heights, IL), disse que existem algumas boas razões para investir em tal sistema.

“Grandes fábricas de moldes e aqueles que desejam automatizar vários equipamentos acham que as células lineares são mais econômicas”, disse ele. “Supondo que você tenha o trabalho para manter o robô ocupado e os tempos de ciclo sejam longos o suficiente para atender cada máquina, o investimento geral é reduzido. Você pode começar pequeno e adicionar à medida que suas necessidades crescem, adicionando alguns metros de trilho a uma extremidade. É fácil usar o mesmo robô em uma chumbada, um fio, um moinho de eletrodos – qualquer máquina que use a mesma plataforma de ferramentas. E as células lineares normalmente vêm com um controlador de célula, aumentando bastante a flexibilidade de agendamento e a facilidade de uso.”

Este último ponto é especialmente importante para as lojas que lutam para encontrar operadores qualificados, que hoje em dia são praticamente todos eles; como os controladores de célula são equipados com software sofisticado, o ajuste às mudanças de carga de trabalho torna-se mais simples. “Digamos que seu cliente acabou de ligar e disse que sua linha está inoperante e quer saber em quanto tempo eles podem obter uma peça de reposição”, explicou ele. “Com um controlador de celular, basta pegar o próximo trabalho na tela e soltá-lo onde quiser. O software cuida do resto.”

Sem um controlador de célula, essa atividade cotidiana deve ser gerenciada por um ser humano – alguém que entenda quais trabalhos podem ser executados e onde vai para a área de produção e reprograma o robô. Com um controlador de célula, as filas de produção com dezenas ou mesmo centenas de trabalhos diferentes são gerenciadas facilmente e erros dispendiosos são evitados.

“Você realmente ganha mais pelo dinheiro com um sistema linear”, disse Holzmacher. “Por causa do controlador, você obtém um nível mais alto de inteligência do que um robô padrão. Você pode agendar trabalhos por mais tempo e é mais fácil decidir quais máquinas executam quais trabalhos e quando. Isso não quer dizer que os robôs autônomos não tenham seu lugar – ainda vendemos muitos deles – mas os sistemas lineares levam você ao próximo nível.”

Bebendo o Kool-Aid

Mark Cicchetti esteve lá e fez isso. Antes de assumir o cargo de diretor técnico da divisão de EDM da Absolute Machine Tools Inc. (Lorain, OH), Cicchetti tinha sua própria oficina, onde enfrentava muitas das mesmas dificuldades que seus clientes atuais. Seu conselho? Aperfeiçoe seus processos o máximo possível antes de perseguir a automação.

“Começamos instalando o mesmo sistema de fixação em todas as máquinas da oficina”, disse ele. “Você pode levar uma peça ou eletrodo do fio para a chumbada, do moinho para o moedor, do torno para a CMM e fazê-lo sem reposicioná-lo.”

A fixação de trabalho padronizada permitiu que Cicchetti e sua equipe predefinissem todos os cerca de 600 trabalhos por mês off-line em uma CMM – sem mais toques na máquina. Isso permitiu que eles verificassem facilmente se os recursos da peça correspondiam aos dados CAD em qualquer etapa do processo de fabricação - sem mais acessórios de inspeção, sem mais tempo perdido coletando pontos de referência. E como eles agora sabiam onde tudo estava, o tempo todo, os processos podiam ser simulados offline, os programas e deslocamentos resultantes reunidos em um pacote organizado pronto para upload na máquina-ferramenta.

A conclusão é esta:o workholding padronizado permitiu que a Cicchetti aumentasse a utilização de EDM de 3.500 horas anuais para mais de 5.000, sem automatizar.

“Em vez de três caras configurando duas máquinas cada, agora eu tinha um cara configurando seis máquinas e fazendo isso em cerca de um quinto do tempo”, disse ele. “Fizemos tudo isso sem um robô – se tivéssemos um, os resultados teriam sido ainda melhores.”

Primeiro o que importa

A ironia de tudo isso é que, agora que Cicchetti está do outro lado da cerca, ele se vê desafiando os lojistas e gerentes a repensar seus processos para melhorar a utilização das máquinas e trabalhar para a automação. “Não é incomum vendermos uma máquina e o cliente voltar para uma segunda no ano seguinte”, disse ele. “Quando eles me dizem que registraram apenas 3.500 horas, sugiro que dar uma olhada em seus processos de fabricação pode ser uma ideia melhor.”

Via de regra, a utilização média cai na segunda máquina e cai ainda mais na terceira, explicou Cicchetti. Mas, ao adotar as ferramentas certas desde o início, tudo se torna simplificado. Impõe disciplina no chão de fábrica, abrindo caminho para a máxima utilização da máquina. A repetibilidade é garantida. E se a automação fizer sentido, a loja e seu pessoal estão prontos.

“Você pode adicionar máquinas, ferramentas, mas se não otimizar os processos e as responsabilidades de todos os envolvidos, nunca terá sucesso”, disse ele. “Toda a cultura tem que mudar. Sem uma visão, uma mudança de paradigma, a transição para a fabricação automatizada será muito mais difícil. Mas para aqueles que podem conseguir isso, a automação é um sucesso.”