A tecnologia VMC amplia as aplicações, a produtividade

Os modelos avançados continuam a expandir o alcance do VMC no chão de fábrica.

Centros de usinagem vertical com recursos e funções avançadas estão ganhando suas listras como membros mais produtivos do arsenal de equipamentos CNC das oficinas mecânicas. Os VMCs de hoje estão desafiando a noção de que eles precisam ser consignados a algum canto escuro raramente visitado da oficina, ou limitados à usinagem secundária. Tradicionalmente, os VMCs têm preços mais baixos em comparação com os centros de usinagem horizontais, mas sem a capacidade de produção.

Até certo ponto, as adições mais recentes de tecnologia avançada permitiram que os VMCs reduzissem a lacuna de produtividade e garantissem uma vantagem competitiva em aplicações de alta velocidade e alta precisão tão diversas como aeroespacial, médica, energia e indústrias igualmente exigentes. A funcionalidade dos VMCs foi significativamente aumentada com a adição de configurações de mesa sobre mesa e munhão de quarto e quinto eixos, trocadores de paletes múltiplos, mais ferramentas e fusos de alta velocidade. Os VMCs são capazes de usinar as peças de trabalho mais complexas, como rotores pás para motores a jato, pás de turbina para geração de energia, grandes componentes aeroespaciais e trabalho de moldes e matrizes de precisão.

Estudo de caso de VMC para moldes e matrizes

A Werkzeugbau Leiss GmbH é considerada um dos produtores líderes e mais bem sucedidos do mundo de moldes de extrusão-sopro e estiramento-sopro. Em estreita cooperação com seus clientes, a empresa de Ludwigsstadt, Upper Franconia, Alemanha, desenvolve novos designs de embalagens para as indústrias alimentícia, farmacêutica, química, automotiva e cosmética, além de matrizes e moldes projetados e fabricados por cerca de 65 especialistas Leiss funcionários.

“Como prestador de serviços em projeto e construção de ferramentas, nos vemos como um parceiro para nossos clientes”, disse Daniel Leiss, explicando a estratégia da empresa. Ele administra a empresa junto com seu pai Fritz Leiss. As parcerias estreitas com os clientes geralmente começam com o desenvolvimento de novos designs de embalagens. “Quanto mais cedo ajudarmos o processo com nossa experiência, mais econômica será a fabricação das matrizes para todos os envolvidos.”

Isso permite à Werkzeugbau Leiss fabricar 250 novas matrizes por ano com um total de cerca de 1.000 cavidades, além de componentes periféricos, como pinos de sopro, máscaras/punções ou matrizes/pinos.

A Werkzeugbau Leiss gerencia sua produção de alto volume em suas grandes e modernas instalações. A usinagem de precisão é feita por uma poderosa frota de máquinas, incluindo dez máquinas CNC da DMG Mori. Além de dois tornos CTX, a frota de máquinas inclui cinco centros de usinagem vertical da série DMG Mori DMC V. Isso inclui o DMC 1150 V, o DMC 1450 V e também o novo DMC 1850 V.

As máquinas trabalham em plena capacidade, usinando os moldes de sopro de extrusão de alta precisão, que representam 80% da produção da Leiss. Seus processos de fabricação vão desde a furação e fresamento dos sistemas de refrigeração até o desbaste e acabamento. “Nós nos beneficiamos da alta estabilidade e precisão das máquinas, o que nos permitiu reduzir ao mínimo o trabalho de acabamento, especialmente no campo de grandes moldes para máquinas de longo curso”, disse Daniel Leiss, referindo-se ao polimento posterior do Bolores.

O maior modelo da série DMC V foi instalado em julho de 2018 como máquina de teste de campo, o que Daniel Leiss considera o complemento perfeito:“Com a DMC 1850 V, a DMG Mori adaptou um conceito de máquina testado e comprovado às aumentando os requisitos de qualidade ao usinar componentes maiores e mais pesados.” O centro de usinagem vertical se expande para percursos de deslocamento de 1.850 mm no eixo X e 700 mm e 550 mm, respectivamente, no eixo Y e no eixo Z. A capacidade máxima de carga é de 3.000 kg.

De acordo com Daniel Leiss, a DMC 1850 V atende perfeitamente aos requisitos do fabricante de moldes e matrizes. “A estabilidade da máquina se aplica tanto à usinagem e furação 2.5D quanto ao desbaste 3D. Com sua precisão e dinâmica, a máquina também impressiona no acabamento fino 3D e, portanto, é adequada para uso em todas as fases da produção de ferramentas”, disse ele. Após apenas alguns meses de testes de campo, o DMC 1850 V estava sendo usado em uma operação de dois turnos e vem apresentando um desempenho confiável desde então.

VMC com mesa inclinada

A Mazak Corp., Florence, Ky., continua a expandir sua linha VMC projetada e construída em Kentucky com o Centro de Usinagem Vertical VC-500A/5X que apresenta uma mesa de inclinação estilo munhão. O VMC foi projetado para processamento preciso e econômico de peças pequenas e complexas por meio de usinagem completa de cinco eixos. O VC-500A/5X se une aos VMCs da Mazak que incluem recursos de usinagem de três, quatro e cinco eixos com sondagem integrada para localização de peças e inspeção de recursos. O VC-500A/5X possui o CNC Mazatrol SmoothX, facilitando a geração de programas para produção de peças complexas.

As funções avançadas do VC-500A/5X permitem garantir os tempos de ciclo de usinagem mais curtos possíveis, especialmente em programas de incrementos finos para operações simultâneas de cinco eixos e usinagem de moldes de forma livre, disse a empresa. Essas funções incluem controle de avanço de avanço de alto ganho, velocidades rápidas do eixo rotativo, controle de aceleração variável e fresamento de bolsão inteligente. Um software especial de design de engrenagens e uma unidade de metrologia podem ser integrados em um processo de usinagem de engrenagens em circuito fechado.

Os deslocamentos do eixo do VC-500A/5X acomodam tamanhos de peças de até 19,88″ (505 mm) de diâmetro e 12″ (305 mm) de altura. As velocidades de deslocamento rápido para esses três eixos lineares são de 1.181 ipm (30 m/min). O VC-500Z/5X está equipado com um fuso CAT-40 de 12.000 rpm de alto desempenho para usinagem de todos os materiais comuns, incluindo aço, alumínio e ferro fundido. Estão disponíveis velocidades de fuso opcionais de 15.000 rpm e 20.000 rpm.

Um ATC de 60 ferramentas ajuda a reduzir o tempo de configuração, permite ferramentas redundantes e fornece mais operações não tripuladas e ininterruptas. Esse processo oferece às oficinas uma opção de alta precisão e custo-benefício para usinar engrenagens de lotes pequenos a médios com ferramentas padrão.

Automação de máquina única

Com o espaço de chão de fábrica em um premium, máquinas de pequeno porte são amplamente valorizadas, assim como a automação que pode otimizar o espaço disponível. Os sistemas de automação de máquina única para centros de usinagem verticais oferecem uma solução produtiva para pequenas oficinas com a capacidade de atender às demandas de produção em constante mudança com sistemas expansíveis e econômicos. Eles exigem espaço mínimo e fornecem operação sem luzes, mantendo os fusos da máquina no corte enquanto os operadores estão livres para carregar novas peças, realizar verificações de controle de qualidade ou cuidar de várias outras tarefas da oficina.

Quando se trata de automação, OEMs de máquinas-ferramenta, como a Mazak, percebem que um tamanho não serve para todos e continuam a desenvolver sistemas de automação escaláveis. Esses sistemas são escaláveis ​​em tamanho, custo e capacidade, mas fornecem os benefícios típicos de qualquer forma de automação – maior produção de máquinas e mão de obra – essencialmente fazendo mais com menos.

Veja como a Mazak avalia os benefícios da automação de máquina única. Em comparação com sistemas de automação mais expansivos, os sistemas de automação de máquina única têm dimensões drasticamente menores e, em muitos casos de oficina, isso é tudo o que é necessário.

Os sistemas de automação de máquina única de hoje são normalmente soluções padronizadas, mas flexíveis e expansíveis. Por exemplo, o sistema de automação Multi Pallet Pool (MPP) da Mazak oferece às lojas a opção de três configurações diferentes, com capacidade para 6, 12 ou 18 paletes. O sistema funciona em diferentes métodos de produção e o operador pode configurar o sistema MPP para executar peças de baixa mistura/alto volume ou peças de pequenas tiragens com trocas frequentes.

Inicialmente, uma loja poderia começar com um MPP de seis paletes composto por duas fileiras de três paletes. Este sistema de dois níveis pode ser expandido para seis paletes em cada linha para um total de 12 paletes. Para um sistema de 18 paletes, o MPP cresceria para três fileiras de seis paletes. Independentemente da configuração, o tamanho do MPP em termos de área ocupada permanece pequeno, economizando espaço valioso no chão de fábrica.

Um trocador MPP de seis paletes emparelhado com um VMC de cinco eixos Mazak Variaxis i-600, por exemplo, usa 29% menos espaço do que um sistema do tipo linear de seis paletes, fornecendo a mesma capacidade. Comparado com um sistema de 12 paletes, o MPP reduz os requisitos de espaço em 44%. E quando usado com um VMC de cinco eixos Mazak Variaxis i-700, um MPP de seis paletes é 44% menor do que um sistema de seis paletes dispostos linearmente, e os sistemas de 12 e 18 paletes do MPP precisam de menos da metade do espaço.

Ao contrário de outros sistemas de automação, o MPP usa paletes de máquina reais em vez de outros adicionais colocados sobre o palete existente de uma máquina. O MPP do Variaxis i-600 possui um palete de 400 m² que suporta uma carga máxima de 300 kg em dimensões de até 600 mm de diâmetro e 425 mm de altura.

A palete MPP Variaxis i-700 tem 500 mm quadrados e uma capacidade de carga de 400 kg. O MPP opera com o mesmo sistema de fixação de paletes que um trocador típico de dois paletes instalado em uma máquina-ferramenta. Dentro do MPP, um robô acionado por servo coleta e coloca paletes dentro e fora da máquina.

O MPP usa o mesmo software Smooth PMC que controla o extenso sistema de automação Palletech de várias máquinas da Mazak. O controle da máquina-ferramenta exibe o software que é executado em uma unidade controladora de célula separada. O software Smooth PMC facilita o monitoramento do sistema de usinagem automatizado de praticamente qualquer lugar usando um smartphone, PC ou tablet. O software também permite que as oficinas alterem os cronogramas em tempo real, gerenciem arquivos de programa de peças, rastreiem a vida útil/quebra da ferramenta, bem como emitam instruções para o chão de fábrica.

Ir da impressão para a peça mais rapidamente

Você esperaria que a Hurco Companies Inc., que inventou a programação de conversação, fosse líder em simplificar o processo de passar da impressão à peça mais rapidamente com centros de usinagem CNC. E isso é.

Os VMCs Hurco percorrem toda a gama, desde o modelo de valor compacto VM CNC VMC até as máquinas da série VMX de cinco eixos e, para as maiores peças aeroespaciais, a série DCX de centros de usinagem de coluna dupla com eixos X de 2 e 3 m. Os VMCs da Hurco são usados ​​para fabricar peças para as indústrias automotiva, aeroespacial, equipamentos médicos, energia, ferramentas e moldes de injeção, transporte e eletrônica.

Em seus centros de usinagem CNC de última geração, a Hurco oferece controle de tela dupla para um processamento mais rápido e fácil. Uma Pesquisa de Bloco de Dados ajuda os operadores a editar um programa de peça para corrigir um recurso, por exemplo. Ao invés de pesquisar através de linhas de código, o programador utiliza a tela gráfica para selecionar o recurso da peça que precisa ser editado e a linha de código correspondente aparece na outra tela para que a alteração possa ser feita rapidamente.

O recurso de programação simultânea do Hurco é aprimorado com o controle de tela dupla. Enquanto o centro de usinagem está executando uma peça, o operador pode programar a próxima peça sem interromper o ciclo de usinagem.

O DXF Transfer permite ao operador importar a imagem CAD, selecionar os recursos desejados e o controle WinMax CNC cria automaticamente o programa. O programa da peça pode ser verificado na tela com o sistema gráfico de verificação da Hurco, que inclui renderização sólida em 3D do caminho da ferramenta com rotação dinâmica e exibição da ferramenta em tempo real para que a peça possa ser vista de qualquer ângulo sem ser forçada a redesenhá-la .

Os recursos recentes de controle e software Hurco são projetados para simplificar tudo, desde a otimização do tempo de ciclo até a captura de informações de ferramentas. O UltiMotion reduz o tempo de ciclo em até 30%, o que, de acordo com a Hurco, aumenta significativamente a qualidade do acabamento da superfície.

O UltiMonitor permite o monitoramento remoto da máquina a partir de qualquer navegador da web, ou é possível ver a tela de controle ou o vídeo de uma câmera USB na máquina. O comprimento absoluto da ferramenta permite que a configuração da ferramenta seja independente da peça e da máquina. Como resultado, as informações da ferramenta precisam ser capturadas apenas uma vez, permitindo que a ferramenta seja utilizada em outros centros de usinagem, facilitando o uso de um preset de ferramentas offline. Além disso, o Tool Change Optimization analisa o programa de peças e reduz automaticamente o número de trocas de ferramentas reorganizando o programa para obter a eficiência ideal.

Recurso VMC completo

A familiar RoboDrill FANUC imita a capacidade de um centro de usinagem vertical para realizar fresagem, furação, rosqueamento, faceamento, bolsões e ranhuras – tudo o que um VMC pode fazer, disse Ken Corklin, gerente de produto RoboDrill, Methods Machine Tools Inc., Sudbury, Mass.

“O RoboDrill compete muito bem com VMCs de 20 x 30″ e 20 x 40″ e pode fazer a mesma quantidade de trabalho que um VMC de 20 x 30″ de 40-cone e fazê-lo 15-50 por cento mais rápido. Os motivos são a troca rápida de ferramentas, a rápida ativação e desativação do fuso e motores de alta taxa de aceleração. Mesmo que um cone 40 possa fazer um desbaste mais pesado, o RoboDrill os supera em ranhuras, rosqueamentos, furação, bolsões e interpolação circular. Com o desbaste, o RoboDrill geralmente é 15% mais rápido; sem desbaste até 20-40 por cento mais alto”, disse ele.

Existem mais de 7.000 RoboDrills instalados na América do Norte, com cerca de metade em oficinas e metade em oficinas específicas do setor. As aplicações incluem usinagem de alta velocidade de alumínio para peças aeroespaciais, cromos de titânio e cobalto para peças médicas e peças de armas, bem como engenharia geral.

“A tecnologia de fuso BIG Plus deu ao RoboDrill estilo C-frame de 30 cones a área de contato da superfície que permite que ele faça cortes mais pesados ​​e de alta qualidade e faça isso em velocidades relâmpago - algo que as máquinas de 40 cones têm dificuldade em combinar”, disse Corklin. “Por exemplo, a RoboDrill é capaz de realizar trabalhos típicos de moldes e matrizes ou aplicações médicas com uma fresa de topo esférica de alta velocidade com taxas de alimentação de 200 ipm (50 m/min) ou mais devido às suas rápidas taxas de aceleração/desaceleração.”

RoboDrill está disponível em três tamanhos:leito curto, leito médio e leito longo com o mais recente controle CNC FANUC 31i-B5 Nano. Os cursos X/Y/Z no modelo de cama curta são 300 x 300 x 300 mm; 500 x 400 x 330 mm no modelo médio; e 700 x 400 x 330 mm na cama longa. As taxas de deslocamento rápido são de 2.125 ipm (54 m/min) em todos os três modelos. Os fusos BIG Plus são 10.000 rpm e 24.000 rpm com um ATC de 21 ferramentas.

As mais recentes adições ao RoboDrill incluem um servo motor para a torre, que reduz o tempo de ciclo, bem como recursos como Ai Overlap, que permite movimentos do raio do arco no eixo Z para reduzir o tempo de ciclo em vez de cantos de 90º que exigem uma parada. Um controle iHMI com tela sensível ao toque da FANUC permite o uso crescente de aplicativos, como o Go Probe da Renishaw.

As RoboDrills são projetadas para combinar perfeitamente com robôs FANUC para pacotes de automação padrão ou para soluções de automação personalizadas. A Methods possui várias soluções de automação padrão “aparafusadas” na nova série Plus, incluindo o Plus K.

O Plus K permite que o RoboDrill funcione sem supervisão por meio de um trocador de ferramentas automático estendido e um trocador de paletes automatizado. As soluções de automação personalizadas têm sido um foco da Methods Automation há anos, de acordo com a empresa.

Com o controle FANUC 31iB5, o RoboDrill é compatível com cinco eixos. Opções como AICCII e mil blocos à frente o tornam capaz de contorno e usinagem de alta velocidade. Seu tamanho e aceleração de 1,5 g o tornam altamente manobrável e capaz de reduzir o tempo de ciclo de 15 a 50 por cento em comparação com os VMCs padrão, de acordo com Corklin.

VMCs lineares e Box Way

Muitos fabricantes de máquinas-ferramenta agora se inclinam exclusivamente para máquinas de guia linear. Mas a Doosan Machine Tools America, Pine Brook, N.J., oferece VMCs lineares e em forma de caixa, fornecendo uma ampla gama de opções de usinagem.

A Série DNM apresenta guias lineares, fusos BIG Plus de 40 e 50 cones (que vêm de fábrica nos Doosan VMCs) e velocidades do fuso de 8.000-15.000 rpm. O modelo S está equipado com 15.000 rpm e corredeiras mais rápidas. Os deslocamentos do eixo X variam de 20,5″ a 85″ (520-2.160 mm) na linha de modelos.

Para usinagem mais pesada em materiais mais duros, a Série Mynx apresenta design em forma de caixa, fusos BIG Plus de 40 e 50 cones com cabeçote redutor ou acionamento direto, dependendo do modelo, e faixa de 6.000 a 12.000 rpm.

Para oficinas de produção, os modelos incluem a Série VC com trocadores de paletes rotativos e o DMP 500/2SP com fusos duplos e dois trocadores de ferramentas. A DMP tem uma mesa de 47,2 x 20,5″ (1.200 x 520 mm) e um magazine de até 40 ferramentas acessível por cada fuso com aproximadamente o mesmo espaço de uma máquina de fuso único. Cada fuso pode ser ajustado ligeiramente com o eixo W para evitar a necessidade de alinhamento perfeito das alturas de fixação ou fixação.

As verticais de cinco eixos da Doosan incluem o DNM com mesas de munhão de dois eixos integradas à plataforma da máquina. Com uma mesa rotativa emparelhada com um fuso de acionamento direto, cone de 40 e 12.000 rpm, a máquina oferece um avanço em relação a um VMC padrão.

Por fim, as máquinas de cinco eixos DVF oferecem uma solução mais totalmente integrada, com uma mesa de cinco eixos estilo cantilever ou uma mesa estilo munhão. Os VMCs de mesa fixa de cinco eixos da série VCF oferecem mais na faixa de peças, pois os deslocamentos da máquina e o tamanho da mesa são maiores. Os eixos adicionais estão no fuso do cabeçote rotativo do eixo B ou no eixo rotativo embutido acima da mesa.

Lista de verificação para avaliação de VMCs avançados

Os mais recentes modelos de centro de usinagem vertical que chegam ao mercado têm recursos avançados, atributos de construção e componentes que contribuem para níveis de confiabilidade e eficiência nunca imaginados em um VMC. De acordo com a Ellison Technologies, fornecedora de soluções de usinagem para operações de corte de metal na América do Norte e suas afiliadas globais, aqui estão algumas das características e recursos mais recentes que você deseja incorporar em seu próximo VMC.

Para discussão das características favoráveis ​​do VMC, consulte “Os VMCs de nova geração são mais produtivos e eficientes do que nunca”, Engenharia de Manufatura, junho de 2017, que inclui esta informação:“Reveja como a máquina é construída para que em 10, 15 talvez até 20 anos , ele ainda está sendo executado com a mesma precisão do dia em que você o instalou. Verifique se o fabricante usa a análise de elementos finitos (FEA) para projetar as peças fundidas para a cabeça do fuso, base, coluna e sela. A ideia é tirar os harmônicos naturais da estrutura fora do alcance operacional da máquina.

“Certifique-se também de que o método de fundição usado seja licenciado pela organização Meehanite Worldwide. Este processo patenteado exige procedimentos de produção de ferro da mais alta qualidade, proporcionando rigidez a longo prazo, capacidade de corte para serviços pesados ​​e amortecimento de vibração adequado ao longo da vida útil da máquina.

“Outros destaques de construção de uma máquina de qualidade incluem uma coluna de pirâmide arqueada que é raspada à mão na cama, fazendo com que as duas peças fundidas se comportem quase como uma, garantindo também uma geometria de máquina apertada que reflete na precisão da peça. Rolamentos de eixo de cerâmica de alta qualidade, fusos de esferas pré-tensionados com ancoragem dupla e guias de movimento de rolos lineares estão entre outros aspectos de construção a serem considerados. As guias de rolos têm três vezes a rigidez e o dobro da vida útil das guias de movimento de rolamentos de esferas.

“Em uma estrutura sólida, examine componentes adicionais, como fusos, sistema de refrigeração e mecanismo de transporte de cavacos. Tudo isso contribui para a eficiência. Procure recursos como um fuso de contato duplo (conicidade/face), como BIG Plus, monitoramento de carga da ferramenta, refrigeração do fuso e controle de taxa de alimentação adaptável para aplicação de ferramenta e tempo de ciclo ideais. Além disso, entenda como a máquina foi projetada para lidar com o calor. Indiscutivelmente, o maior avanço nos últimos anos é a aplicação de uma variedade de melhorias na estabilidade térmica.”