Automação em aplicações de torneamento de alta mistura e baixo volume

A automação para aplicações de torneamento existe há décadas; alimentadores de barras, carregadores de pórtico e carregadores robóticos são dispositivos de automação convencionais. Todas são ferramentas eficazes em aplicações de médio a alto volume. Mas a adaptação às pressões do mercado força continuamente os fabricantes de CNC a produzir lotes menores, lidando com uma ampla variedade de formatos e tamanhos de peças. Essa progressão traz novos desafios:

• Como os tamanhos de lote menores afetam a escolha ideal de automação para aplicações de torneamento?
• Que tipo de automação é mais adequado para processar uma variedade de tamanhos e formas de peças?
• Quais são algumas práticas recomendadas para aproveitar ao máximo o investimento em equipamentos?

A necessidade de automação

Vamos voltar um pouco e analisar o propósito básico da automação no chão de fábrica. Proporciona maior uso de equipamentos? Maior capacidade de produção? Custos de fabricação mais baixos? Custos trabalhistas mais baixos?

A maioria dos gerentes de oficinas mecânicas diria que o verdadeiro motivo – o impulso nº 1 para automatizar – é a falta de mão de obra qualificada e confiável. Sem a mão de obra para administrar o negócio, ou será um negócio menor ou estará fora do negócio. A redução dos requisitos de mão de obra deve estar na vanguarda de qualquer projeto de automação, especialmente na fabricação de alto mix e baixo volume.

Mas muitos gerentes de oficinas mecânicas dizem que estão relutantes em investir em equipamentos que reduzam a mão de obra. A razão para esta decisão é provavelmente motivada pela tendência de subvalorizar o custo da mão de obra e supervalorizar o custo do equipamento.

Uma máquina CNC de US$ 250.000 pode parecer claramente mais cara do que um operador de US$ 15/hora. No entanto, adicionando o custo dos benefícios, impostos e treinamento, o custo líquido do operador é de cerca de US$ 21/hora. Se a mão de obra não estiver disponível para expandir o negócio, no entanto, o valor é significativamente maior. Ao amortizar o custo da máquina CNC ao longo de um período de 15 anos e adicionar o custo de financiamento, manutenção, energia e aluguel, a máquina CNC custa cerca de US$ 3/hora para possuir 24 horas por dia, sete dias por semana, 365 dias por ano. Os investimentos que reduzem os requisitos de mão-de-obra podem ter um alto preço inicial, mas geralmente oferecem uma excelente taxa de retorno.

Mix alta, volume baixo

Alta mistura significa muitos tipos diferentes de peças:barras, eixos, lingotes, tarugos, fundidos e forjados com muitos tipos diferentes de recursos.

Baixo volume representa pequenas quantidades de lote. Mas a definição de “pequeno” depende de quem está perguntando. Em vez de se concentrar no número de peças em um lote, geralmente é melhor considerar quanto tempo leva para executar o lote ou talvez qual porcentagem do tempo do lote envolve a configuração. Se o tempo de configuração for superior a 10% do tempo de execução do lote, o trabalho está no domínio da fabricação de baixo volume.

Essas definições são importantes porque a fabricação de alto mix depende de equipamentos de fabricação flexíveis, enquanto a fabricação de baixo volume deve ter baixo tempo de configuração. Quando a fabricação é de alto mix e baixo volume, fazer a melhor escolha de equipamento pode ser um desafio. As lojas precisam olhar para o quadro geral e considerar cuidadosamente o custo e a disponibilidade de mão de obra versus o custo do equipamento. Isso os ajudará a fazer melhores escolhas nos tipos de tornos e automação que funcionarão melhor para qualquer instalação.

Opções de torno para mixagem alta, volume baixo

Subestimar a necessidade de reduzir a mão de obra é o maior erro que as oficinas cometem ao escolher um torno para fabricação de alta mistura e baixo volume. Eles muitas vezes evitam os recursos de moagem em favor de adicionar uma operação a um moinho existente. O custo extra para o subspindle, ferramentas de troca rápida ou mandris pode fazer com que esses recursos pareçam luxos desnecessários.
Mas os gerentes de loja raramente se arrependem de comprar opções caras que reduzem o trabalho. As opções de máquina que reduzem o trabalho do operador quase sempre terão um alto ROI. Mandíbulas de troca rápida, pinças de troca rápida e ferramentas de troca rápida devem ser instaladas em qualquer torno que execute trabalhos de alta mistura e baixo volume. As opções que oferecem a flexibilidade de executar peças em uma única máquina, uma e pronta, também terão um ótimo ROI.

O subspindle "obrigatório"

Quase todas as peças torneadas requerem duas operações. Ao automatizar tornos, o subspindle é uma opção particularmente benéfica, cujo valor é muitas vezes esquecido ou mal compreendido. Mesmo que o torno trabalhe apenas com a barra e o subspindle apenas permita a remoção do nó de separação, o subspindle se pagará ao longo da vida útil da máquina versus um operador recarregando as peças ou retificando o nó manualmente.

Automatizar um aplicativo de mandril é onde um subspindle realmente paga dividendos. Sem um subspindle, um robô típico ou carregador de pórtico só é capaz de concluir uma única operação por vez. Após a conclusão da primeira operação, o operador deve configurar as garras do mandril para a segunda operação, virar as peças e recarregá-las de volta na alimentação.

Ao decidir se deve adicionar um subfuso, estas questões devem ser consideradas:

• Todas as peças a serem feitas ficarão no feed com a face para baixo no lado acabado?
• As peças exigem cronometragem desde a primeira operação até a segunda operação, e a alimentação de entrada será capaz de manter a cronometragem de forma confiável?

Se a resposta para qualquer uma dessas perguntas for não, sem um subfuso a segunda operação precisará ser carregada manualmente, aumentando a mão de obra e o custo de fabricação.

Bar Feed, Gantry ou Robot Loader

Geralmente, o tipo de trabalho planejado para a máquina determina o tipo de automação a escolher. Alta mistura significa que a flexibilidade é necessária para uma variedade de tamanhos e formas diferentes de peças. Baixo volume requer tempos de configuração curtos para lidar com pequenos lotes. Infelizmente, não há uma decisão clara de automação para aplicações de alto mix e baixo volume. A melhor escolha geralmente será orientada pela variedade de mix de peças que a automação precisa suportar.

Os alimentadores de barras são a escolha de automação mais popular para tornos. Eles são simples, confiáveis ​​e acessíveis. A principal limitação do alimentador de barras é o tamanho da peça, com um diâmetro máximo de cerca de 4,75 polegadas. Para aplicações de alta mistura e baixo volume, os alimentadores de barras estilo magazine, servo acionados e de carga curta geralmente fornecem a mais ampla variedade de tamanhos de barras com os menores tempos de configuração. Para o trabalho que se enquadra principalmente nas limitações do alimentador de barras, é uma escolha difícil de superar.

As carregadeiras de pórtico são outra tecnologia comprovada de automação de torno. As carregadeiras de pórtico geralmente estão disponíveis diretamente do fabricante do torno como uma solução integrada, portanto, há menos preocupação em casar um equipamento de automação complicado com um torno CNC complicado. Em termos de função, um carregador de pórtico funciona muito como um carregador de robô:ele pega uma peça na alimentação, carrega a peça no mandril do torno, retira a peça do mandril quando a operação é concluída e coloca a peça no alimentação. Um carregador de pórtico normalmente será configurado com uma garra dupla para aumentar a eficiência. Com uma garra dupla, o robô pode descarregar a peça recém-concluída enquanto segura a próxima peça para processar na outra garra.

Os carregadores de pórtico geralmente podem ser configurados para operar eixos ou peças de trabalho com mandril. Os tempos de configuração podem ser relativamente curtos entre peças semelhantes, mas podem ser bastante longos para ir de um eixo de 2 por 15 polegadas para um disco de 6 polegadas de diâmetro. Outra limitação dos carregadores de pórtico é que eles podem não ser capazes de lidar com alguns tamanhos e formas de peças. Os carregadores de pórtico geralmente usam um carregador de empilhamento para discos que exigem que a matéria-prima e as peças acabadas sejam empilhadas umas sobre as outras.

Os carregadores de robôs, há poucos anos, estavam disponíveis apenas com sistemas totalmente personalizados. Eram sistemas de alto custo, direcionados a aplicações de alto volume e geralmente não bem adequados às demandas de alta mistura e baixo volume. Hoje, uma série de novos desenvolvimentos tecnológicos tornaram as carregadeiras robóticas uma opção atraente de automação de torno para aplicações de alta mistura e baixo volume.

Carregador Cobot

Robôs colaborativos, ou cobots, tornaram-se uma opção popular porque não requerem medidas especiais de segurança, são portáteis e relativamente fáceis de programar. No entanto, desembalar um novo cobot e adicioná-lo a uma máquina de automação produtiva de alto mix e baixo volume pode ser uma tarefa assustadora. Instalar pinças e projetar e construir uma alimentação de entrada e saída, abridores de porta e uma interface com o CNC não são tarefas triviais. Em teoria, um carregador cobot pode processar uma variedade de formatos e tamanhos de peças; no entanto, sua eficácia depende de como a alimentação de entrada, alimentação de saída e pinça são projetadas. Os tempos de configuração dependem desses mesmos fatores, mas provavelmente serão significativamente mais longos em um sistema doméstico do que em um “produto” de automação.

Carregador Robot-in-a-Box

Robot-in-a-box (RIB) é uma nova categoria de automação que está rapidamente ganhando força no mercado. Um RIB combina um robô industrial com um sistema de segurança integrado, garras, alimentação flexível de entrada e saída e uma interface padrão para máquinas CNC populares. Os RIBs geralmente são pré-programados e possuem uma interface de usuário simples que o operador pode aprender em apenas algumas horas. Um RIB normalmente terá um sistema de alimentação de entrada/saída que é mais flexível do que um sistema de carregador de pórtico. Os RIBs geralmente são portáteis, permitindo que uma oficina adapte a automação à melhor máquina para o trabalho. Vários fornecedores de RIB fizeram de baixo tempo de configuração e sistemas flexíveis de alimentação e saída uma prioridade de engenharia. Por causa disso, os RIBs geralmente terão uma vantagem sobre os carregadores de pórtico em um ambiente de alta mistura e baixo volume.

RIB com MultiGrip

MultiGrip é uma nova tecnologia de fixação projetada especificamente para o mercado de automação de alto mix e baixo volume. Este suporte de trabalho está disponível no VBX-160, um RIB fabricado pela VersaBuilt Robotics. Embora desenvolvido inicialmente para moinhos verticais, este produto de fixação encontrou seu caminho em aplicações de torno e traz alguns recursos exclusivos em relação às garras robóticas tradicionais. Um dos problemas com as garras tradicionais de três garras é que elas nem sempre são adequadas para pegar uma variedade de formas. Embora funcionem bem com discos redondos, eles podem não ser adequados para hastes longas ou qualquer peça que não tenha uma superfície redonda para prender.

A garra do robô MultiGrip não pega peças como uma garra tradicional. Em vez disso, ele pega as garras MultiGrip usináveis ​​e usa essas garras para pegar peças. As mandíbulas podem ser facilmente usinadas para combinar com uma variedade de formas de peças:eixos, discos e uma variedade quase infinita de formas geométricas. O robô pode então carregar a peça em uma pinça ou mandril existente, como um carregador de robô tradicional. Este sistema é essencialmente um trocador automático de ferramentas para o robô, reduzindo os tempos de configuração.

Opcionalmente, o torno pode ser configurado com mordentes de mandril intermediário MultiGrip. Nesta configuração, o VBX-160 pode carregar as garras e peças diretamente no mandril do torno para processamento. O MultiGrip atua então como um trocador automático de ferramentas para o robô e um trocador automático de mandíbulas para o torno. O VBX-160 pode eliminar outra etapa de configuração e permite que o sistema processe vários números de peça em uma única carga. Para aplicações de alta mistura e baixo volume, o sistema pode ser carregado no final de um turno com até quatro números de peças diferentes e processará automaticamente as peças, incluindo a seleção dos programas adequados no CNC, para que os operadores sejam recebidos com uma carga de peças concluídas pela manhã.

Um VBX-160 com MultiGrip pode processar eixos de até 6 polegadas de diâmetro e 15 polegadas de comprimento e discos de até 10 polegadas de diâmetro e 6 polegadas de altura.

No geral, o cenário de fabricação CNC está mudando. Os clientes estão exigindo peças mais complicadas das oficinas CNC, com prazos de entrega curtos e tamanhos de lote pequenos. Ao mesmo tempo, a mão de obra para configurar e operar máquinas CNC está ficando mais difícil de encontrar. Fazer os investimentos certos em ferramentas, fixação e automação permite que as oficinas atendam melhor às necessidades de seus clientes, reduzam a dependência de mão de obra difícil de encontrar e aumentem o crescimento e a lucratividade de seus negócios.