Este novo multifuso CNC pode funcionar para sua loja?

A Davenport Machine Company conseguiu um bom projeto de máquina multifuso logo após a virada deste século. Foi bom o suficiente, de acordo com 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 a Davenports e as parafusadeiras automáticas multifusos em geral está mudando rapidamente. Cada vez mais, as pressões do mercado, na forma de tamanhos de lote mais baixos e requisitos de tolerância mais altos, somados à escassez de pessoal de configuração qualificado, estão levantando questões sobre o aumento dos veneráveis ​​automáticos multifusos.

O Sr. Firm está direcionando um esforço da Davenport para criar uma máquina multifuso para o próximo século. A tecnologia servo CNC evoluiu para um ponto de aplicação prática em multifusos.

Ele vê esta nova máquina, designada como LS 522, como uma resposta aos problemas das oficinas de parafusamento e como uma alternativa de processo para as oficinas sem rosca. Em uma visita recente, tivemos uma prévia desta máquina antes de sua introdução na IMTS 96.

Multi Basics As máquinas multifusos fabricam peças rapidamente porque seu design permite que mais de uma operação de corte seja executada por vez. Em geral (porque existem muitas variações), cada fuso em um multi é intersectado por dois eixos independentes de movimento da ferramenta.

Uma delas é a corrediça transversal, que move uma ferramenta de corte perpendicularmente à linha central do fuso. A segunda corrediça carrega as ferramentas de trabalho da extremidade e se move no centro da extremidade do cabeçote móvel da máquina. Respectivamente, o ferramental nesses slides 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. As máquinas Davenport têm cinco fusos, de modo que podem trazer pelo menos dez ferramentas para o corte de uma só vez.

Os 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 do fuso produz uma peça acabada. Em um Davenport de cinco eixos, são cinco partes para cada rotação do tambor.

Quantidade ou Qualidade

Desde que a maioria de nós se lembra, o multifuso automático deteve o título de produção de alto volume para pequenas peças de rotação. Mas não transforma peças mais rapidamente do que outros projetos de máquinas. Como muitos multis são máquinas de barra, as velocidades do fuso são conservadoras em comparação com os mandris e lentas em comparação com os recursos do centro de torneamento CNC de fuso único.

O segredo para a velocidade de processamento multifuso é o tempo de ciclo cumulativo versus aditivo. Eles fazem isso quebrando o ciclo de processamento da peça em várias pequenas operações e, em seguida, realizando essas operações simultaneamente em vários fusos.

Os tempos de ciclo da 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 perfuração de slide final que leva 0,75 segundo (incluindo índice). A próxima operação mais longa é uma ranhura de deslizamento cruzado de 0,65 segundo na estação quatro. Como o multifuso pode usar todas as estações ao mesmo tempo, o tempo de ciclo do trabalho reflete a operação mais longa realizada, que neste caso é de 0,75 segundos.

Em geral, os automáticos multifusos são mais conhecidos pela alta velocidade do que pela alta precisão. Os mecânicos com seus cames, eixos, alavancas e outros dispositivos de atuação simplesmente acumulam muita imprecisão para produzir consistentemente as muitas especificações de tolerância estreita exigidas pelos clientes.

Para tolerâncias mais altas, muitas oficinas procuram centros de torneamento CNC de ponto único. "Sua programabilidade e servocontrole de contorno permitem tolerâncias mais próximas por um ponto decimal sobre a maioria das automáticas", diz o Sr. Firm.

Como o torneamento de ponto único é um processo sequencial, essas máquinas não podem produzir os volumes de uma máquina multifuso. Um passe de desbaste é seguido por um passe de acabamento. Uma operação de faceamento ocorre antes de uma operação de perfuração ou mandrilamento.

Portanto, o tempo de ciclo em um centro de torneamento é aditivo. O tempo necessário para cada operação é somado e a soma torna-se o tempo do ciclo. Velocidades e avanços podem reduzir o tempo total ao realizar cada operação de corte mais rapidamente, mas o processo é sequencial.

Prensa Automática

Automáticos multifusos estão entre as últimas áreas de controle de movimento puramente mecânico. A maioria dessas máquinas é encontrada em lojas especializadas em fazer "peças de máquinas de parafuso". Dentre essas lojas, muitas são mais conhecidas pela marca das máquinas de parafuso que utilizam do que pelos produtos que produzem. Existem lojas Davenport, lojas New Britain, lojas Acme e outras.

Há boas razões para que as lojas se especializem em uma determinada marca de máquina. É um técnico muito habilidoso que pode configurar uma dessas máquinas automáticas de parafuso. Cada máquina tem características específicas.

Configurar e executar um multifuso é uma operação prática. Há muita habilidade e experiência necessária para "ajustar" a mecânica que faz essas máquinas operarem. Infelizmente, há uma crescente escassez de pessoal que pode fazer o trabalho.

Essa falta de pessoal é agravada pela necessidade crescente de configurar máquinas multifusos com mais frequência. Os trabalhos de longa duração, a força vital tradicional da indústria de máquinas parafusadeiras, estão tendendo a ser mais curtos.

As lojas consideram acirrada a concorrência pelos contratos tradicionais de máquinas de parafuso porque há menos contratos desse tipo sendo alugados. Os clientes estão encomendando peças em pequenos lotes, mas com mais frequência, respondendo em parte aos requisitos de estoque just-in-time e em parte a ciclos de vida mais curtos do produto.

Algumas lojas mantêm uma máquina configurada permanentemente para executar trabalhos recorrentes. Quando um pedido é concluído, a máquina fica ociosa. As oficinas devem decidir entre o custo de instalação e desmontagem e não operar a máquina. Com o aumento das pressões de margem, a não utilização total dos recursos da loja está se tornando difícil de justificar.

O que há de novo

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

O design da base deixa a extremidade do cabeçote móvel 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. Os cavacos e o refrigerante são direcionados ao transportador por calhas fundidas na base.

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

Excluindo o motor de acionamento do fuso principal, existem dez eixos lineares programáveis ​​no LS 522. Cada carro transversal e final possui um servomotor dedicado. A operação desses motores elétricos é significativamente mais silenciosa do que um sistema de acionamento mecânico.

Para emular o movimento do curso gerado por um came, esses servos compactos usam uma caixa de engrenagens integral que altera o movimento rotativo do servomotor em movimento linear que cria o curso em um eixo de saída. O motor linear acopla-se diretamente à sua respectiva corrediça da ferramenta, eliminando a necessidade de fusos de esferas. O curso desses motores é totalmente programável.

A caixa de engrenagens oferece uma vantagem mecânica que dá ao eixo de saída um empuxo suficiente de 800 libras por corrediça - para alimentar ferramentas de forma na maioria dos materiais.

O posicionamento de índice do suporte do fuso é fundamental para a precisão dimensional da peça. Um acoplamento multidente Hurth é usado para assentar o suporte do fuso. O tempo de índice é de 0,4 segundo. As capacidades da barra são 0,875 polegada para estoque redondo, 0,625 polegada para quadrado e 0,75 polegada para hex.

O acionamento do fuso principal é um motor CA de 14 hp que aciona os cinco fusos por meio de um sistema de engrenagem planetária. As 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 transversal, furação cruzada ou rosqueamento cruzado.

O controle do novo Davenport é um PC 486. Para acionar os slides do eixo, uma placa de controle de movimento é usada para comunicação entre o computador e os servos. Um feedback de loop SERCOS, que usa cabos de fibra óptica para conectar os servos à placa de controle de movimento, transporta dados de posicionamento de e para os servomotores.

Precisão?

"Os recursos de precisão dimensional para a mecânica multifuso Davenport se esgotam quando são necessárias tolerâncias acima de 0,002 polegada", diz o Sr. Firm. "Eles simplesmente não foram projetados para oferecer melhores tolerâncias."

Essa é outra motivação para a criação do LS 522. A aplicação de servomotores no lugar de cames e o uso de um acoplamento Hurth no tambor do fuso aumentam a precisão da nova máquina para ±0,0002 polegada.

Aceleração de configuração

"Os multifusos mecânicos tradicionais, incluindo Davenports, podem levar de 12 a 48 horas para configurar a máquina para um novo trabalho", diz o Sr. Firm. "A mudança completa para este novo multifuso levará cerca de duas horas e, muito menos do que para executar uma família de peças. Com configurações tão curtas, não há motivo para limitar o uso de recursos dedicando máquinas a trabalhos específicos."

A chave para reduzir o tempo envolvido na troca é a programação dos servoconversores. O movimento da corrediça transversal e das corrediças finais em uma máquina mecânica é criado por um came. O ajuste fino do curso (compensação do eixo) é um processo demorado de tentativa e erro, com ajustes mecânicos geralmente necessários em cada um dos dez slides móveis.

A tecnologia servo, no lugar de cames, modifica drasticamente esse processo. Com curso programável, o movimento rápido e os avanços são definidos com toques de tecla. A compensação de compensação da ferramenta é realizada no controle.

Dois pontos de referência são usados ​​para cada fuso. O zero longitudinal é o ponto de partida para o deslizamento transversal. A linha central do fuso é o ponto zero radial da corrediça de trabalho final. Todos os movimentos de eixo são números positivos a partir desses pontos iniciais. Como as máquinas do tipo came, cada movimento do eixo é um mergulho. As ferramentas de forma padrão são usadas no novo Davenport para que as oficinas não precisem descartar ferramentas de estoque.

Um operador/programador simplesmente insere uma dimensão inicial e final. Um banco de dados residente calcula as taxas de alimentação entre 0,0002 e 0,050 polegada por revolução. A entrada é repetida para cada slide. A atribuição e a sequência da operação são feitas usando uma folha de planejamento de processo.

As forças que estão moldando as operações de torneamento de produção exigem que as oficinas olhem para o processamento de peças sob uma luz diferente. O tempo de ciclo tem sido quase exclusivamente a medida de produtividade e uma referência importante na licitação bem-sucedida de empregos.

Clientes e lojas ainda estão muito cientes do tempo de ciclo. Sua importância não deve ser desprezada. No entanto, o tempo total do ciclo para uma execução também não deve ser ignorado. Com a redução das execuções de produção e a necessidade de responder rapidamente à programação JIT, o tempo total do ciclo - o que acontece antes e depois da peça ser cortada - é um indicador de eficiência cada vez mais importante. A rapidez com que uma oficina pode mudar de emprego é a chave para extrair mais margem de uma produção. E, a capacidade geral de produção de uma loja é, na maioria das vezes, o fator-chave para ganhar ou perder um contrato.

Conquistando novos mundos

É praticamente 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 a velocidade das máquinas mecânicas.

A experiência de processamento de trabalho aprimorada em multifusos mecânicos é transferível diretamente para a máquina CNC. O ferramental também é aplicável à nova máquina sem alterações.

"A eficiência do processamento simultâneo é indiscutível", diz o Sr. Firm. "Liberar as oficinas do fardo das longas trocas, permitindo a produção de tolerâncias mais altas, simplificando a operação e mantendo as velocidades de processamento de peças tão boas ou melhores do que as mecânicas é a promessa desta nova máquina."

Na área de torneamento de produção de máquinas sem parafuso, a Davenport espera que o LS 522 forneça uma alternativa de processamento para centros de torneamento de fuso único e ponto único. Essas oficinas sabem sobre programação, mas muitas estão menos familiarizadas com ferramentas de formulário e planejamento de processos para operação simultânea.

Se essas oficinas fizerem a transição do torneamento de contorno de dois eixos e ponto único para o torneamento de ferramenta de forma de eixo único, o Sr. Firm vê oficinas de torneamento de média a alta produção aplicando essas novas máquinas multifusos para aumentar drasticamente seu rendimento.

É para você?

Existem essencialmente dois tipos de lojas que podem considerar esta nova máquina multifuso. São oficinas de máquinas de parafuso e oficinas com aplicações de torneamento de médio a alto volume e alta mistura atualmente feitas usando centros de torneamento de ponto único.

As oficinas mecânicas de parafusos devem reconhecer requisitos de configuração reduzidos sem perder a funcionalidade mecânica como um benefício de produção. Expandir a capacidade da fábrica para incluir tiragens mais curtas e tolerâncias mais estreitas faz sentido no ambiente de fabricação atual.

Para oficinas que utilizam torneamento de fuso único e ponto único, uma transição para fusos múltiplos e ferramentas de forma representa uma mudança significativa na técnica de processamento. "Mudar como você processa as peças nunca é fácil", diz o Sr. Firm. "Deve-se levar em consideração os custos das ferramentas de forma em relação às ferramentas de ponto único. É uma maneira diferente de tornear peças que deve ser aprendida."

Mas pode valer a pena a mudança se os requisitos de qualidade puderem ser mantidos enquanto um aumento significativo na produção é realizado. Mais rendimento por máquina significa que mais trabalhos podem ser colocados em cada máquina.

Portanto, se o seu negócio é o torneamento de uma alta mistura de peças de precisão em volume médio a alto, as oficinas que não consideraram as máquinas multifusos CNC antes podem achar que essa nova máquina-ferramenta vale a pena como um complemento de processamento para centros de torneamento de ponto único ou um alternativa aos automáticos.