Técnicas de Corte de Engrenagens (Hobbing) de Precisão em Centros de Torneamento

A Stock Drive Products (SDP) é um fabricante com um modelo de negócios que qualquer observador externo poderia considerar desafiador. A empresa fabrica produtos simples e padrão em grandes quantidades dentro de um país de alto salário — os Estados Unidos.

Na verdade, a SDP está localizada em uma parte de alto salário desse país de alto salário. A fabricação é feita na área metropolitana de Nova York.

Bob Gaulrapp, chefe da instalação de usinagem da empresa em New Hyde Park, Nova York, é franco sobre por que isso é significativo.

"Estamos competindo com os chineses", diz ele.

No entanto, a oficina está vencendo. O fornecedor de componentes de acionamento de Nova York consegue competir no preço contra fornecedores estrangeiros dos mesmos produtos, em grande parte por causa de um compromisso agressivo com centros de torneamento que incluem capacidade de ferramentas vivas para fresamento e furação. A oficina usa essas máquinas para realizar a maior parte ou toda a usinagem de uma peça em uma única configuração. Ainda assim, consolidar o trabalho de usinagem dessa forma é apenas o começo.

Dois Princípios Vitais

Para extrair ainda mais do custo de mão de obra potencial de cada peça, a instalação está comprometida com dois princípios vitais para como usa essas máquinas. Eles são:

1. Evitar programação usando macros.

Esta oficina não usa CAM. Programas são construídos a partir de macros que contabilizam cada variação de peça que pode ser antecipada. Tais programas são demorados para criar, mas provaram sua eficiência ao permitir que a SDP execute projetos de peças novos ou modificados com tempo zero de programação. Hoje, um operador simplesmente insere as variáveis para qualquer novo projeto de peça no CNC, e os programas de macro garantem a usinagem correta.

2. Superar posições limitadas de ferramentas usando acessórios.

A outra maneira pela qual a SDP faz pleno uso dos centros de torneamento é equipando-os com todas as ferramentas que pode. A oficina de New Hyde Park depende de máquinas Mori Seiki que têm posições de revolver amplas para rodar qualquer número de peça particular. No entanto, a oficina insiste em ter ferramentas suficientes para rodar todo número de peça — todas as peças apropriadas para a máquina. A oficina, portanto, usa acessórios da MD Tooling que permitem que uma única posição do revolver segure múltiplas ferramentas. Na SDP, um revolver com 12 posições poderia facilmente ser equipado com mais de três vezes esse número de ferramentas. Como resultado, mão de obra não precisa ser gasta em troca de ferramentas sempre que um número de peça muda.

Na verdade, a mão de obra necessária para enviar a peça a um processo de acompanhamento também está sendo reduzida com esses acessórios, graças a um acessório especializado que agora permite que os tornos SDP realizem corte de engrenagens (hobbing).

A Visão das Macros

O Sr. Gaulrapp dedicou considerável atenção ao longo dos anos para garantir que os centros de torneamento com ferramentas vivas da SDP performem da forma mais eficiente possível para a empresa. Ele foi quem fez lobby por este tipo de equipamento. Fez lobby por esta marca e estilo de máquinas em particular. A oficina realiza a plena promessa de produtividade de configuração única nestas máquinas em parte porque, como o Sr. Gaulrapp coloca, "Eu teria ovo na cara se não fizéssemos."

As 11 máquinas Mori Seiki aqui incluem modelos NL2000 e NL1500Y. Elas produzem polias, engrenagens e vários outros produtos de acionamento padrão que a empresa mantém em estoque. Clientes pedem esses componentes de um catálogo da SDP grosso como uma lista telefônica metropolitana.

O Sr. Gaulrapp diz que escreveu os programas baseados em macros conforme necessário ao longo de cerca de 2 anos. No final desse tempo, o trabalho acumulado incluía todos os programas necessários para rodar praticamente qualquer variação nas peças padrão da empresa. Como resultado, enquanto novos projetos de peças continuam sendo comuns para a empresa, novos programas não são. Para um novo número de peça ou um existente, o operador apenas insere os dados. Dimensões de características são parte dos dados, mas certas outras variáveis de macro também indicam a presença ou ausência de uma característica. Por exemplo, um operador pode inserir "1" se uma polia tem um cubo ou "0" se não tem, sinalizando o programa para executar ou pular esta parte do programa. Assim, a maioria dos novos projetos pode ser descrita completa e corretamente apenas com entrada numérica.

Macros até atribuem movimentos de usinagem às posições corretas de ferramenta na máquina. As máquinas são equipadas diferentemente, então o resultado é um fenômeno que alguns podem achar perturbador: Na SDP, o mesmo programa rodado em duas máquinas diferentes pode produzir caminhos de ferramenta X-Z radicalmente diferentes, porque as macros encontram ferramentas necessárias em lugares diferentes nos acessórios do revolver de máquinas diferentes.

O complemento de ferramentas em cada centro de torneamento reflete o compromisso da oficina com produção de configuração única. Um acessório particular pode permitir que duas ferramentas acionadas rodem de uma estação de ferramenta rotativa. Outro acessório pode permitir que uma bateria de brocas diferentes se estenda de uma única estação. "Se encontrarmos uma geometria que nos impeça de usinar uma peça com o que temos, compramos um acessório que nos permite fazer isso", diz o Sr. Gaulrapp. De fato, a oficina se recusa a considerar qualquer centro de torneamento para compra a menos que a máquina acomode os tipos de acessórios dos quais a SDP passou a depender.

Cortando Dentes

O acessório de hobbing estendeu a concepção da oficina do que a usinagem de configuração única pode incluir. Hobbing nunca foi visto como uma operação que pudesse ser combinada com operações mais típicas de oficina como torneamento, fresamento ou furação. Historicamente, hobbing nem mesmo era feito no mesmo prédio na SDP. Em vez disso, o departamento de hobbing ocupa outro prédio em local diferente, e a oficina de New Hyde Park envia trabalho lá rotineiramente. Mas agora, hobbing em centros de torneamento tornou-se rotina para a oficina também.

"Hobbing" é a operação de corte de metal que gera dentes de engrenagem usando uma ferramenta especializada chamada hob. Para realizar hobbing em um centro de torneamento, o torno requer uma opção de polígono em seu CNC. Para algumas formas de engrenagem, o trabalho também requer que a máquina tenha movimento de eixo Y (além de X e Z). A SDP tinha ambas as capacidades quando viu o acessório de hobbing entre as ofertas da MD Tooling. A oficina tentou usinar dentes de engrenagem em centros de torneamento e encontrou a opção tão simples de usar que este meio de hobbing tornou-se um hábito.

Uma macro para hobbing que muitos dos programas de centro de torneamento agora incluem consiste não apenas do hobbing em si, mas também alimentar a peça para fora com o alimentador de barra para folga, torneiar a peça para o OD requerido antes do hobbing começar, e rebarbar a peça após o hobbing para aliviar a borda de saída. Agora, qualquer lote de peças pode passar por hobbing tanto no departamento de hobbing quanto em um torno, dependendo do agendamento do torno e da urgência do pedido. Se a capacidade estiver disponível para deixar as máquinas de torneamento fazerem o trabalho, então o Sr. Gaulrapp diz: "Este é o caminho a seguir." Cortar dentes nas máquinas de torneamento é mais barato e mais rápido que o equipamento dedicado — mesmo que este passo quebre a regra da oficina sobre evitar troca de ferramentas entre trabalhos.

Outro Caminho

Este trabalho tem que quebrar essa regra porque os revolvos estão tão lotados na SDP que a oficina ainda não encontrou espaço para configurar mais de um acessório de hobbing por máquina. Como resultado, apenas um hob pode estar no lugar em qualquer máquina a cada vez, exigindo que operadores troquem o hob ao transicionar de uma peça de engrenagem para outra.

Mesmo assim, hobbing desta forma pode ser dramaticamente eficiente. Uma operação de hobbing adiciona 35 a 40 segundos por peça, comparado à semana de atraso que pode ser introduzida se uma série de peças tem que ser enviada para este trabalho. Peças enviadas para hobbing têm que ser manuseadas antes e depois do transporte entre instalações, e finalmente também acabam em fila antes de poderem ser hobbed na máquina agendada. Estas causas de atraso introduzem custo extra.

Mas o trabalho que ainda está alinhado nestas máquinas de hobbing dedicadas testifica o quão valiosas elas são, e como permanecem valiosas. Hobbing em um torno não pode fornecer um substituto à abordagem tradicional de hobbing para a SDP — não apenas porque a empresa usina muitas engrenagens, mas também porque os centros de torneamento são necessários para muitas outras coisas.

Hobbing da nova forma fornece uma alternativa. Quando a capacidade está disponível e quando a necessidade de velocidade está lá, alguns lotes de peças nesta oficina podem agora seguir um caminho diferente — permitindo que este fabricante inovador ganhe economias de custo de mão de obra ainda maiores do que já alcançou de seus tornos produtivos de configuração única.