Integração de Dispositivos e Fixadores na Manufatura Inteligente para Produção Rápida

No auge da produção moderna estão os sistemas de manufatura inteligente. Eles são ajustados para demanda flexível de peças a serem usinadas e podem ser reconfigurados rapidamente para produzir as demandas em constante mudança dos clientes. A usinagem rápida verdadeira só é possível com esses sistemas. No entanto, a instalação e configuração original de todos os componentes é muito complexa. Hoje discutiremos sistemas de dispositivos e fixadores (jigs & fixtures) para soluções de manufatura inteligente, mas primeiro vejamos a condição atual dessa tecnologia.

Manufatura Inteligente Hoje

A manufatura inteligente é uma das partes inseparáveis da teoria da Indústria 4.0. O mercado de Manufatura Inteligente hoje ainda está em estágio de desenvolvimento, pois o conceito ainda está sendo aperfeiçoado. Espera-se que o mercado cresça rapidamente assim que a tecnologia obtiver soluções suficientes. Os sistemas de manufatura inteligente atendem às demandas do cliente moderno por usinagem rápida de pequenos lotes ou até peças únicas customizadas no menor prazo. Atualmente, existem várias soluções que automatizam o módulo de usinagem rápida em grande extensão. A automação da máquina-ferramenta é fácil: basta carregar os programas NC necessários na ordem correta.

Agora, carregar e descarregar peças e fixá-las na posição correta é o verdadeiro problema. Se carregamento/descarregamento é feito com braços robóticos, fixar a peça na posição correta durante a usinagem é prerrogativa dos dispositivos (jigs). O principal problema é que as peças processadas por um sistema de manufatura inteligente devem ser diferentes.

Por Que É Necessário Criar Sistemas de Fixação Inteligentes

Um sistema típico de manufatura inteligente consiste em máquina-ferramenta, ferramenta de corte, peça bruta (ou peça final), dispositivos e fixadores, mecanismo de carregamento, bunkers que contêm peças e blanks, e conjunto de sensores de controle para coordenar todo o sistema.

O ciclo típico consiste nas seguintes ações. O braço robótico pega o blank do bunker e o coloca no dispositivo. Os fixadores prendem a peça e a máquina-ferramenta inicia. Após a usinagem rápida, os fixadores soltam e o braço robótico descarrega a peça e a coloca em outro bunker. O processo parece fácil, por que a etapa de configuração é considerada complexa?

A principal razão é que o sistema pode ter que fabricar peças completamente diferentes. Pequeno e cilíndrico primeiro, depois uma chapa, depois um virabrequim. Cada uma requer fixação especializada. Soluções de fixação inteligente podem resolver isso em algum grau. A robótica permite criar dispositivos e fixadores ajustáveis, que podem prender um conjunto de peças semelhantes.

Dispositivos e Fixadores para Manufatura Inteligente

Primeiro, vamos esclarecer a diferença entre dispositivo (jig) e fixador (fixture): os movimentos possíveis. Dispositivos limitam o blank na zona de trabalho da máquina-ferramenta. Por exemplo, incluem batentes que impedem movimento horizontal da peça na mesa de uma fresadora. Fixadores são ferramentas especiais que fixam a peça no lugar. Por exemplo, um parafuso e uma porca especial compõem um fixador se usados para prender o blank. Na WayKen, especializamo-nos em serviços de usinagem CNC de precisão e resposta rápida, ideais para prototipagem rápida, conformação e teste de encaixe, dispositivos e fixadores, e componentes funcionais para aplicações de uso final.

Existem muitos tipos de mecanismos de dispositivos e fixadores. O mais simples e flexível inclui blocos padrão que podem ser montados com parafusos. Você pode usá-los como LEGO e obter muitas configurações. No entanto, leva muito tempo montar tais fixadores. Outra forma flexível é comprar grampos universais, mandris, etc. Eficiente para usinagem manual, pois o operador verifica a configuração e corrige se algo der errado. Mas um sistema de manufatura inteligente precisa de um dispositivo automatizado e flexível.

Principais Etapas do Projeto de Dispositivos e Fixadores para Sistemas de Manufatura Inteligente

Projetar dispositivos e fixadores para manufatura inteligente é um processo complexo. Frequentemente, pode ser mais difícil que o desenvolvimento do produto que será fabricado nos dispositivos projetados. Existem várias etapas principais para obter a ferramenta de fixação CNC desejada.

1. Escolha das superfícies de base. Se possível, pode-se ter vários conjuntos de superfícies de base em um sistema, tornando-o ainda mais flexível.
2. Escolha do intervalo de ajuste. Aqui você define o quão inteligente seu sistema será. Quanto mais variável e maior o intervalo, mais sofisticada será a ferramenta.
3. Escolha dos fixadores.
4. Escolha do mecanismo de fixação. Sistemas automatizados podem usar acionamento elétrico, pneumático, hidráulico ou misto. A escolha depende principalmente do tipo de acionamento da máquina-ferramenta. No entanto, certas ferramentas específicas precisam de seus próprios acionamentos. Por exemplo, fixadores a vácuo só funcionam com acionamento pneumático e ferramentas magnéticas devem usar acionamento elétrico.
5. Projeto da montagem completa. Aqui você projeta todas as peças e determina o ciclo exato de trabalho do fixador.
6. Programação da ferramenta. Para ser automatizada, os acionamentos são controlados por um programa NC especial feito do zero para cada sistema.
7. Preparação para fabricação.

Por Que Desenvolver Fixadores É Importante

Sistemas de fixação ajustáveis inteligentes têm muitas vantagens que tornam válido um processo de desenvolvimento e fabricação consideravelmente longo e complexo.

1. Reduzem o custo de fabricação. Um dispositivo inteligente bem construído pode substituir um monte de mecanismos de fixação mais simples.
2. Excluem o operador do processo. Importante para sistemas inteligentes operarem automaticamente; fixadores inteligentes garantem que até a reconfiguração do sistema para outro lote seja completamente robótica.
3. Economizam tempo. O processo mais demorado na usinagem rápida é a configuração do sistema para um lote diferente. Como o sistema de fixação inteligente é ajustável, você pode usinar muitas peças diferentes sem trocar a ferramenta. Basta garantir que as peças estejam dentro dos limites de ajuste.