Este Novo Multifuso CNC é a Escolha Certa para Sua Oficina?

A Davenport Machine Company acertou em um bom design de máquina multifuso logo após a virada deste século. Era bom o suficiente, segundo Don Firm, presidente da empresa, que muitas peças são intercambiáveis entre um modelo DA de 1908 em exibição na sede da empresa em Rochester, Nova York, e o modelo B de 1996 sendo construído no chão de fábrica.

No entanto, o mundo que abriga os Davenports, e máquinas automáticas de parafuso multifusos em geral, está mudando rapidamente. Pressões de mercado, na forma de lotes menores e requisitos de tolerância mais altos, somados à escassez de pessoas qualificadas para setup, estão levantando questões sobre aumentar as veneráveis máquinas automáticas multifusos.

Sr. Firm está dirigindo um esforço da Davenport para criar uma máquina multifuso para o próximo século. Tecnologia servo CNC evoluiu a um ponto de aplicação prática a multifusos.

Ele vê esta nova máquina, designada como LS 522, como resposta a problemas de oficinas de máquinas de parafuso e como alternativa de processo para oficinas não de máquinas de parafuso. Em uma visita recente, tivemos uma prévia desta máquina antes de sua introdução na IMTS 96.

Básicos Multifusos Máquinas multifusos fazem peças rapidamente porque seu design permite mais de uma operação de corte ser realizada ao mesmo tempo. Em geral (porque há muitas variações), cada fuso em um multi é intersectado por dois eixos independentes de movimento de ferramenta.

Um é o deslizamento transversal, que move uma ferramenta de corte perpendicular à linha central do fuso. O segundo deslizamento carrega ferramentas de trabalho frontal e move-se no centro a partir da extremidade do contraponto da máquina. Respectivamente, a ferramenta nestes deslizamentos equivale a ferramentas OD e ID em um centro de torneamento de ponto único. Mas, uma máquina multifuso pode usar uma ferramenta OD e ID em cada fuso, ao mesmo tempo. Máquinas Davenport têm cinco fusos, então podem trazer pelo menos dez ferramentas para o corte de uma vez.

Fusos em um multi são montados na periferia de um tambor indexável. Como todas as operações de corte em uma máquina multifuso ocorrem simultaneamente, cada índice do tambor de fusos produz uma peça acabada. Em um Davenport de cinco fusos, são cinco peças para cada rotação do tambor.

Quantidade ou Qualidade

Enquanto a maioria de nós pode lembrar, o automático multifuso manteve o título de produção de alto volume para peças pequenas de rotação. Mas não torneia peças mais rápido que outros designs de máquina. Porque muitos multis são máquinas de barra, velocidades de fuso são conservadoras comparadas a mandriladores e lentas comparadas a capacidades de centros de torneamento CNC de fuso único.

O segredo da velocidade de processamento multifuso é tempo de ciclo cumulativo versus aditivo. Eles fazem isso dividindo o ciclo de processamento da peça em numerosas operações pequenas e então realizando essas operações simultaneamente em múltiplos fusos.

Tempos de ciclo de máquina em um multi são determinados pela operação de corte mais longa em uma estação. Aqui está um exemplo. A estação três tem uma operação de furação no deslizamento frontal que leva 0,75 segundo (incluindo indexação). A próxima operação mais longa é um sulco no deslizamento transversal de 0,65 segundo na estação quatro. Como o multifuso pode usar todas as estações ao mesmo tempo, o tempo de ciclo para o trabalho reflete a operação mais longa realizada, que neste caso é 0,75 segundo.

Em geral, automáticos multifusos são mais conhecidos por alta velocidade do que por alta precisão. Mecânicos com seus cames, eixos, alavancas e outros dispositivos de atuação simplesmente empilham muita imprecisão para produzir consistentemente as muitas especificações de tolerância apertada exigidas pelos clientes.

Para tolerâncias mais altas, muitas oficinas recorrem a centros de torneamento CNC de ponto único. “Sua programabilidade e controle servo de contorno permitem tolerâncias mais apertadas por uma casa decimal sobre a maioria dos automáticos,” diz Sr. Firm.

Como torneamento de ponto único é um processo sequencial, estas máquinas não podem produzir os volumes de uma máquina multifuso. Uma passada de desbaste é seguida por uma de acabamento. Uma operação de faceamento ocorre antes de uma furação ou alargamento.

Portanto, tempo de ciclo em um centro de torneamento é aditivo. Tempo requerido para cada operação é somado e a soma torna-se o tempo de ciclo. Velocidades e avanços podem reduzir tempo total realizando cada operação de corte mais rápido, mas o processo é sequencial.

Pressão Automática

Automáticos multifusos estão entre as últimas áreas de controle de movimento puramente mecânico. A maioria destas máquinas é encontrada em oficinas especializadas em fazer “peças de máquina de parafuso”. Entre estas oficinas, muitas são conhecidas mais pela marca de máquinas de parafuso que usam do que pelos produtos que produzem. Existem oficinas Davenport, New Britain, Acme e outras.

Há boa razão pela qual oficinas se especializam em uma dada marca de máquina. É um técnico muito qualificado quem pode configurar uma dessas máquinas automáticas de parafuso. Cada máquina tem características específicas.

Configurar e rodar um multifuso é uma operação hands-on. Há muita habilidade e experiência requeridas para “ajustar” os mecânicos que fazem estas máquinas operarem. Infelizmente, há uma escassez crescente de pessoal que pode fazer o trabalho.

Esta falta de pessoal é exacerbada por uma necessidade crescente de configurar máquinas multifusos mais frequentemente. Trabalhos de longa série, o sustento tradicional da indústria de máquinas de parafuso, estão tendendo a ficar mais curtos.

Oficinas encontram competição por contratos tradicionais de máquinas de parafuso feroz porque há menos tais contratos sendo concedidos. Clientes estão pedindo peças em lotes pequenos mas com mais frequência, respondendo em parte a requisitos de inventário just-in-time e partly a ciclos de vida de produto mais curtos.

Algumas oficinas mantêm uma máquina configurada permanentemente para rodar trabalhos recorrentes. Quando um pedido é completo, a máquina fica ociosa. Oficinas devem decidir entre o custo de setup e desmontagem e não rodar a máquina. Com pressões de margem aumentando, não utilizar totalmente recursos da oficina está se tornando difícil de justificar.

O Que Há de Novo

Da base para cima, o novo LS 522 da Davenport é uma nova máquina. A base é uma peça única fundida de uma mistura de granito epóxi. Este material composto tem excelentes características de amortecimento de vibração e estabilidade térmica.

Design da base deixa a extremidade do contraponto da máquina aberta. Um transportador de cavacos com tanque de recuperação de refrigerante pode deslizar para esta abertura e ser posicionado diretamente sob a zona de corte da máquina. Cavacos e refrigerante são direcionados ao transportador por calhas fundidas na base.

A tecnologia habilitadora para esta nova máquina é seu sistema de controle de movimento. “Tecnologia servo agora está em um ponto onde sua aplicação a um multifuso é prática,” diz Sr. Firm. “Cinco anos atrás, apenas a eletrônica usada no LS 522 custaria mais que o preço base projetado da máquina.”

Excluindo o motor de acionamento do fuso principal, existem dez eixos lineares programáveis no LS 522. Cada deslizamento transversal e frontal tem um servomotor dedicado. Operação destes motores elétricos é significativamente mais silenciosa que um sistema de atuação mecânica.

Para emular o movimento de curso gerado por um came, estes servos compactos usam uma caixa de engrenagens integral que muda o movimento rotativo do servomotor em movimento linear que cria curso em um eixo de saída. O motor linear acopla diretamente ao seu respectivo deslizamento de ferramenta, eliminando a necessidade de fusos de esferas. O curso destes motores é totalmente programável.

A caixa de engrenagens fornece uma vantagem mecânica que dá ao eixo de saída empuxo suficiente nominal em 800 libras por deslizamento — para alimentar ferramentas de forma na maioria dos materiais.

Posicionamento de indexação do porta-fusos é crítico para precisão dimensional da peça. Um acoplamento multi-dentes Hurth é usado para assentar o porta-fusos. Tempo de indexação é 0,4 segundo. Capacidades de barra são 0,875 polegada para redondo, 0,625 para quadrado e 0,75 para hex.

Acionamento do fuso principal é motor CA de 14 hp que aciona os cinco fusos através de um sistema de engrenagens planetárias. Velocidades são programáveis através do CNC e variam de 250 a 6.000 rpm. Fusos individuais podem ser programados para parar para operações de fresamento lateral, furação transversal ou rosqueamento transversal.

Controle para o novo Davenport é um PC 486. Para atuar os deslizamentos de eixos, uma placa de controle de movimento é usada para comunicar entre o computador e os servos. Um loop de feedback SERCOS, que usa cabos de fibra óptica para ligar os servos com a placa de controle de movimento, transporta dados de posicionamento para e dos servomotores.

Precisão?

“Capacidades de precisão dimensional para multifusos mecânicos Davenport acabam quando tolerâncias acima de 0,002 polegada são necessárias,” diz Sr. Firm. “Eles simplesmente não foram projetados para entregar tolerâncias melhores.”

Essa é outra motivação para criar o LS 522. Aplicação de servomotores no lugar de cames e uso de acoplamento Hurth no tambor de fusos aumentam a precisão da nova máquina para ±0,0002 polegada.

Aceleração do Setup

“Multifusos mecânicos tradicionais, Davenports incluídos, podem levar de 12 a 48 horas para configurar a máquina para um novo trabalho,” diz Sr. Firm. “Mudança completa para este novo multifuso será cerca de duas horas e, muito menos que isso para rodar uma família de peças. Com setups tão curtos, não há razão para limitar uso de recursos dedicando máquinas a trabalhos específicos.”

Chave para reduzir o tempo envolvido na troca é a programabilidade dos servos. O movimento do deslizamento transversal e frontal em uma máquina mecânica é criado por um came. Ajuste fino do curso (compensação de eixo) é um processo demorado de tentativa e erro com ajustes mecânicos geralmente requeridos em cada um dos dez deslizamentos móveis.

Tecnologia servo, no lugar de cames, modifica dramaticamente este processo. Com curso programável, movimentos rápidos e avanços são definidos com teclas. Compensação de offset de ferramenta é realizada no controle.

Dois pontos de referência são usados para cada fuso. Zero longitudinal é o ponto de partida para o deslizamento transversal. A linha central do fuso é o ponto zero radial do deslizamento frontal. Todos os movimentos de eixo são números positivos a partir destes pontos de partida. Como máquinas tipo came, cada movimento de eixo é uma investida. Ferramentas de forma padrão são usadas no novo Davenport então oficinas não precisarão descartar ferramentas de estoque.

Um operador/programador simplesmente insere uma dimensão inicial e final. Um banco de dados residente calcula as taxas de avanço entre 0,0002 e 0,050 polegada por revolução. Entrada é repetida para cada deslizamento. Atribuição e sequência de operação é feita usando uma folha de planejamento de processo.

As forças que estão moldando operações de torneamento de produção demandam que oficinas olhem processamento de peças sob uma luz diferente. Tempo de ciclo tem sido quase exclusivamente a medida de produtividade e um benchmark importante em licitações bem-sucedidas para trabalhos.

Clientes e oficinas ainda estão muito cientes do tempo de ciclo. Sua importância não deve ser descontada. No entanto, o tempo de ciclo total para uma série não deve ser ignorado também. Com o encurtamento de séries de produção e a necessidade de responder rapidamente a agendamento JIT, tempo de ciclo total — o que acontece antes e depois da peça ser cortada — é um indicador cada vez mais importante de eficiência. Quão rápido uma oficina pode trocar de trabalho é chave para espremer mais margem de uma série de produção. E, a capacidade de throughput geral de uma oficina é mais frequentemente do que não o fator chave em ganhar ou perder um contrato.

Conquistando Novos Mundos

É virtualmente certo que o novo Davenport LS 522 encontrará um mercado bem-vindo em oficinas de máquinas de parafuso. O sistema de atuação servo da máquina duplica fielmente a funcionalidade e velocidade de máquinas mecânicas.

Experiência de processamento de trabalhos aperfeiçoada em multifusos mecânicos é diretamente transferível para a máquina CNC. Ferramentas também são aplicáveis à nova máquina sem alteração.

“A eficiência do processamento simultâneo é incontestável,” diz Sr. Firm. “Liberar oficinas do fardo de longas trocas, permitir produção de tolerâncias mais altas, simplificar operação tudo mantendo velocidades de processamento de peças tão boas ou melhores que os mecânicos é a promessa desta nova máquina.”

Na área de torneamento de produção não-máquina de parafuso, Davenport espera que o LS 522 forneça uma alternativa de processamento a centros de torneamento de ponto único, fuso único. Estas oficinas sabem sobre programação mas muitas são menos familiarizadas com ferramentas de forma e planejamento de processo para operação simultânea.

Se estas oficinas farão a transição de torneamento de contorno de dois eixos, ponto único, para torneamento de ferramenta de forma de eixo único, Sr. Firm vê oficinas de torneamento de produção média a alta aplicando estas novas máquinas multifusos para aumentar dramaticamente seu throughput.

É Para Você?

Existem essencialmente dois tipos de oficinas que podem considerar esta nova máquina multifuso. Estas são oficinas de máquinas de parafuso e oficinas com aplicações de torneamento de médio a alto volume, alto mix atualmente feitas usando centros de torneamento de ponto único.

Oficinas de máquinas de parafuso devem reconhecer requisitos de setup reduzidos sem perder funcionalidade mecânica como um benefício de produção. Expandir a capacidade da oficina para economicamente incluir séries mais curtas e tolerâncias mais apertadas faz sentido no ambiente de manufatura de hoje.

Para oficinas usando torneamento de ponto único, fuso único, uma transição para múltiplos fusos e ferramentas de forma representa uma mudança significativa em técnica de processamento. “Mudar como você processa peças nunca é fácil,” diz Sr. Firm. “Consideração deve ser dada aos custos de ferramentas de forma sobre ferramentas de ponto único. É uma maneira diferente de torneiar peças que deve ser aprendida.”

Mas pode valer a mudança se requisitos de qualidade podem ser mantidos enquanto um aumento significativo na produção é realizado. Mais throughput por máquina significa mais trabalhos podem ser colocados através de cada máquina.

Então, se torneiar um alto mix de peças de precisão em médio a alto volume é seu negócio, oficinas que não consideraram máquinas multifusos CNC antes podem encontrar esta nova ferramenta de máquina valendo uma olhada como complemento de processamento a centros de torneamento de ponto único ou alternativa a automáticos.