Aztalan Engineering: Pioneirismo em Automação em Operações de Máquinas-Ferramenta

Automação de máquina-ferramenta não é ideia nova na Aztalan Engineering de Lake Mills, Wisconsin. Em vez disso, para este fabricante por contrato, usar automação para carregar e descarregar peças é prática estabelecida. Nos anos 1990, a empresa assumiu produção de um conjunto de componentes de outra oficina, comprando e instalando os dois tornos CNC carregados por robô que esta oficina anterior usava. A célula entrega alta produtividade até hoje.

E ainda, a experiência com estes robôs não significou que o terceiro torno adicionado a esta célula ganharia robô próprio. Quando aumento de demanda para estes componentes justificou novo processo envolvendo torno adicional, a Aztalan observou de perto para ver se carregamento manual deste torno adicional era suficiente para manter o ritmo. Foi por um tempo. Mas quando demanda foi prevista para aumentar mais, ficou claro que novo robô era necessário para a máquina mais recente. Portanto, um robô FANUC M10iA foi agora adicionado a este torno Okuma LB 2000. Assim, esta célula na Aztalan agora inclui tanto robôs quanto tornos separados em idade por quase 20 anos.

Variedade de Opções de Automação

A célula é um de vários exemplos de automação de máquina-ferramenta nesta empresa. A extensão em que a Aztalan usa automação é instrutiva por várias razões. Primeiro, ilustra a variedade de opções de automação que podem fazer sentido em ambiente de usinagem por contrato. Mas segundo, e talvez mais significativamente, a experiência da Aztalan fornece ilustração para por que não se deixar influenciar pelo desafio de abraçar automação. A Aztalan enfrenta este desafio ela mesma. A empresa está avançando rapidamente, e aumentar capacidade através de automação é frequentemente a melhor maneira de atender demandas de produção. Mas mesmo assim, diz Kirk Kussman, diretor de vendas e marketing da empresa, tecnologias de automação tendem a enfrentar obstáculos extras quando se trata de ganhar justificativa. Como ele coloca, "Sempre é difícil comprar máquina que não faz cavaco diretamente."

Composto este desafio é a gama de possibilidades de automação. Ter sucesso com um tipo de automação não revela valor de outras abordagens. Por exemplo, sucesso com tornos carregados por robô não foi suficiente para mostrar à empresa a melhor maneira de automatizar certo processo de usinagem de coletor. Aqui, a melhor solução não era robô, mas sistema de palete flexível Fastems em conjunto com centro de usinagem horizontal. Em vez de chegar a esta solução por conta própria, o Sr. Kussman diz que a Aztalan abraçou após seu fornecedor de máquinas-ferramenta, Morris Midwest, fazer o caso de que havia maneira custo-efetiva de automatizar produção deste número de peça também.

Construindo Consciência

Parte da razão pela qual a Aztalan está avançando rapidamente hoje é a decisão deliberada da empresa de fazê-lo. Cerca de 4 anos atrás, a empresa lançou esforço de vendas e marketing visando aumentar volume de negócios. A empresa tinha pouca consciência de marca então, mas agora é mais amplamente reconhecida, particularmente por fabricantes de tecnologia médica — o setor respondendo pela maior fatia do negócio da oficina. Dentro deste campo hoje, diz o Sr. Kussman, a Aztalan rotineiramente consegue licitar em grandes RFQs. A empresa também teve sucesso em ganhar confiança de firmas de engenharia de design, benefício que permite à empresa envolver-se no desenvolvimento de novos produtos consultando sobre sua fabricabilidade.

Tudo isso levou a atividade aumentada. A empresa respondeu em parte expandindo, com o próprio CEO Jim Brey projetando instalação de expansão que mais que dobrou espaço de produção quando abriu dois anos atrás. A empresa também aumentou equipe, junto com aplicação de automação para aumentar valor que membros da equipe podem entregar.

Torno Duplo-Fuso Carregado por Gantry

Um torno duplo-fuso carregado por gantry Okuma LFS é outro exemplo de automação que funciona bem dentro do ambiente desta empresa. Enquanto a Aztalan é oficina por contrato (significando que muito de seu trabalho vem de acordos de longo prazo), ainda tem que ser tão responsiva quanto oficina de trabalho em atender requisitos frequentemente fluidos de quantidade e entrega de peças dos clientes. A máquina LFS, que apresenta dois fusos de torneamento que ambos enfrentam para frente, tem sido valiosa para usinagem de alto volume de peça automotiva. O gantry superior não apenas carrega e descarrega a peça, mas também passa entre os fusos para usinagem lado A e lado B, mantendo múltiplas peças em trabalho a qualquer momento. Mais recentemente, a oficina atribuiu segundo número de peça a esta máquina, e está preparando garras de mandril e grippers para família de quatro peças a serem atribuídas a ela também. Enquanto o torno duplo-fuso carregado por gantry é recurso eficiente de alta produtividade, ainda é máquina CNC com a flexibilidade que isso implica — permitindo transições rápidas entre diferentes números de peça conforme necessário.

Preenchendo o Tempo

Algo similar poderia ser dito do centro de usinagem horizontal, também da Okuma, que é servido pelo sistema de palete da Fastems. Dos dez paletes com este sistema, cinco são configurados para rodar uma peça particular — coletor usinado de alumínio sólido. Em cada um destes cinco paletes, a tumstone segura oito peças de alumínio, quatro blocos para usinagem lado A e quatro peças parcialmente usinadas para usinagem lado B. Os paletes restantes estão disponíveis para execuções de produção de outras peças durante pausas na produção destes coletores, que são entregues na taxa de cerca de 15.000 por ano.

A Aztalan poderia produzir esta peça eficientemente usando HMC independente. Mesmo com oito peças por tumstone, carregar um conjunto de peças manualmente em um palete no HMC enquanto o conjunto atual roda no outro palete poderia essencialmente eliminar tempo de configuração. No entanto, o próximo passo além de produção HMC é algo como o sistema Fastems. O que esta automação adiciona ao HMC já eficiente é o tempo de outra forma perdido quando nenhum funcionário está presente.

Parece não ser muito tempo. Com dois turnos de 10 horas, a Aztalan captura 20 horas de cada dia de trabalho. E ainda, usinagem lights-out com sistema de palete aumenta capacidade deste HMC dramaticamente. Em dia de semana, o sistema de palete mantém máquina rodando pelas 4 horas restantes. Durante fim de semana, permite 6 horas adicionais de produção. Este extra 26 horas de usinagem aumenta produção do HMC em mais de 20%.

Mesmo quando equipe está presente, de fato, a máquina equipada com sistema de palete está essencialmente rodando sem supervisão. Tipicamente, o operador tem até 6 horas para sair e cuidar de outras máquinas antes de retornar para descarregar peças acabadas e carregar novas.

Mantendo o Ritmo

Aqueles tornos carregados por robô — as máquinas com as quais o uso de automação da Aztalan começou — fazem componentes para sistema de entrega de drogas. Automação nesta célula, que agora inclui robô adicionado ao torno mais novo, liberta operador da célula para realizar tarefa vital de inspecionar peças acabadas. As tolerâncias dimensionais de componentes de acoplamento usinados nesta célula são exigentes, com recursos que até incluem convexidade ou concavidade geral (dependendo da peça) de 5 mícrons.

A Aztalan investiu em tecnologia de medição para que inspeção requerida para estas peças possa manter ritmo com usinagem automatizada. Sistema de medição de forma Tropel da Corning usa metrologia a laser para mapear peças acabadas. O dispositivo representa nível de tecnologia de inspeção raramente visto em ambiente de usinagem por contrato.

E isso sugere próximo nível de desafio que automação tipicamente traz. Sistemas de produção automatizados são frequentemente tão produtivos que manter trabalho fluindo requer sistemas responsivos tanto antes quanto depois da usinagem. Medição eficiente atende demanda de velocidade após usinagem. Enquanto isso, o Sr. Kussman diz que investir em software Exact JobBoss — não apenas comprá-lo, mas também tomar tempo para trazer suas capacidades completas ao jogo — tem sido essencial para organizar trabalho antes da usinagem e configurar para produção mais eficientemente.

Tornar processo ainda mais responsivo antes da usinagem é principal desafio da oficina agora, ele diz. A empresa está buscando maneiras de expandir capacidade de programação CNC para manter ritmo com fluxo de trabalho ainda acelerado. Programação no chão de fábrica será parte da solução, ele diz. Há talento no chão de fábrica, e nem todo trabalho precisa ser programado na Engenharia. Adicionalmente, a empresa aprenderá a confiar mais em automação dentro de software CAM para gerar trajetórias de ferramenta rotineiras automaticamente — mas isso não é fácil, ele diz. Compreensivelmente, programadores querem garantir que cada recurso crítico de peça de alto valor é programado corretamente. Como resultado, preferem supervisionar cada passo de programação diretamente. Assim, é uma coisa apagar luzes em processo de usinagem, porque é possível assistir robô e máquina-ferramenta em ação antes das luzes apagarem. Mas apagar luzes dentro de programação é assunto diferente, porque software não oferece maneira similar de espiar dentro. Portanto, adotar automação CAM implicará confiança ainda maior que carregamento automatizado de peça. A máquina-ferramenta, descobre-se, é uma das partes mais fáceis do processo para automatizar.