Como Ferramentas de Máquinas Multitarefa Transformam Oficinas Modernas

A disponibilidade de uma variedade de configurações de ferramentas de máquinas multitarefa permite que as oficinas selecionem a melhor combinação de componentes e capacidades para suas aplicações específicas.

Avanços contínuos na tecnologia de ferramentas de máquinas multitarefa estão levando as oficinas a níveis de produtividade mais altos do que nunca. A capacidade de produzir peças de altíssima complexidade em uma única configuração, limitando a intervenção humana e economizando tempo substancial, proporciona até mesmo a pequenas oficinas uma solução custo-efetiva para competir no desafiador ambiente de manufatura atual.

Com uma variedade de configurações disponíveis e fabricantes continuando a oferecer novos designs, as oficinas devem ser capazes de encontrar a combinação certa de componentes e capacidades para atender às suas necessidades. Joe Wilker, gerente de grupo de produtos da Mazak Corp., nos ofereceu alguns pensamentos sobre o estado atual da tecnologia multitarefa e como as oficinas podem melhor aproveitá-la.

Novos Recursos em Máquinas Multitarefa

Entre os muitos recursos que as oficinas passaram a buscar em máquinas multitarefa estão fusos de torneamento gêmeos e múltiplos revólveres de ferramentas com estações de ferramentas rotativas e capacidade de eixo Y fora do centro, junto com fusos de fresamento de inclinação/rotação do eixo B, mesas rotativas/inclináveis e magazines de ferramentas de grande capacidade. Segundo o Sr. Wilker, desenvolvimentos mais recentes incluem revólveres estilo came de rolo com motor integral, revólveres inferiores aprimorados, fusos de fresamento de acionamento direto e contra-pontas de furação controladas por servo. Capacidades avançadas adicionais incluem fresamento simultâneo usando revólveres superior e inferior e operações de furação longa.

Revólveres de motor integral que usam sistemas de acionamento de came de rolo anti-retrocesso fornecem indexação digital suave, de alta velocidade e alta precisão, além de expansibilidade. Tais revólveres versáteis geralmente abrigam 12 posições de ferramentas com capacidade de expansão para até 24. Capacidade de ferramentas aumentada iguala tempos de execução ininterruptos mais longos e a capacidade de usar ferramentas mais comuns, o que ajuda a reduzir o estoque total de ferramentas. Este design de revólver elimina a necessidade de acoplamentos curvic/index, e a expansibilidade é possível porque o revólver indexa digitalmente para qualquer posição sem mudanças em sua carcaça. E, uma vez em posição, sistemas de fixação hidráulica integrais são tipicamente usados para garantir rigidez máxima.

Como é o caso de suas contrapartes superiores, o Sr. Wilker afirma que os revólveres inferiores em máquinas multitarefa também continuam a evoluir e expandir em termos de capacidades, junto com suas capacidades de ferramentas. Revólveres inferiores agora são mais robustos e potentes e geralmente oferecem até nove posições de ferramentas com opções para fusos de fresamento vivos.

Alguns fabricantes de máquinas configuram revólveres em inclinações de 45 graus. Este design maximiza as capacidades de carga de usinagem do revólver e fornece ampla acessibilidade ao fuso da máquina e espaço para transferências de peças do fuso principal para o secundário.

Para maior produtividade e versatilidade de processamento de peças, revólveres inferiores podem trabalhar simultaneamente com revólveres superiores na mesma peça. Ou, revólveres inferiores podem trabalhar em combinação com o fuso de fresamento da máquina que pode ser aplicado a qualquer lado do cabeçote da máquina para reduzir ainda mais os tempos de ciclo de usinagem.

Os revólveres das máquinas multitarefa atuais apresentam fusos de ferramentas rotativas que implementam tecnologia de acionamento direto, tornando-os mais rápidos e potentes que seus predecessores. Motores de fresamento de acionamento direto fornecem rpm do fuso até 24% mais rápidos, junto com níveis de torque até 60% mais altos. Essas capacidades equivalem a aumentos em versatilidade de processamento, produtividade e vida útil da ferramenta, junto com qualidade de acabamento superficial melhorada. Oficinas podem adquirir máquinas multitarefa com fusos de ferramentas rotativas de revólver que fornecem 10 hp e 6.000 rpm como padrão. Ou podem optar por aqueles que fornecem até 10.000 rpm e geram até 52 lb-pé de torque.

As mais recentes contra-pontas acionadas por servo NC permitem processos automatizados. Estas contra-pontas são totalmente programáveis e rodam em seus próprios servomotores AC e fusos de esferas. Através de programas de peças, as contra-pontas podem se estender para posições conhecidas e com taxas de avanço de aproximação especificadas e fazer contato com as peças em pressões de fixação consistentes. Devido a seus sistemas de acionamento independentes positivos, estas contra-pontas também podem furar furos nas linhas centrais dos eixos, adicionando versatilidade aos trabalhos que uma máquina multitarefa pode processar.

Na maioria das instâncias, configurações de impulso da contra-ponta são ajustáveis em incrementos de lb-pé específicos de força. Este recurso permite que as oficinas definam níveis de impulso de acordo com o material e a forma da peça para eliminar o risco de danos à peça, enquanto simultaneamente fornecem fixação e suporte seguros. Ou, as oficinas podem ajustar configurações de impulso dinamicamente enquanto as contra-pontas estão engatadas, permitindo operações de furação, alisamento e brunimento que de outra forma envolveriam ferramentas no revólver da máquina. Assim, contra-pontas com tal capacidade operacional, por sua vez, liberam posições nos revólveres de ferramentas da máquina.

À medida que um número crescente de oficinas enfrenta peças de eixo mais longas, maiores e mais complexas, máquinas multitarefa podem oferecer comprimentos de cama estendidos aliados a inovações como estoques de ferramentas/furação longa. Estas máquinas aumentam significativamente a velocidade e eficiência de processamento para essas peças desafiadoras.

Para operações de furo profundo, estoques de ferramentas longas permitem que as máquinas manuseiem e armazenem múltiplas ferramentas — tipicamente até três, com cada uma cerca de 40 polegadas de comprimento. Estoques estão localizados acima do segundo fuso da máquina ou, dependendo da versão da máquina, sua contra-ponta para manter as ferramentas bem fora do caminho, mas rapidamente acessíveis.

Máquinas Multitarefa em Aplicações Médicas

A Lowell Inc. eliminou operações manuais e aumentou a produtividade geral com três máquinas multitarefa que fornecem capacidade de processamento completo de peças em uma única configuração.

Uma oficina está aproveitando os benefícios da usinagem multitarefa — eliminando operações manuais e aumentando a produtividade geral — na produção de suas peças mais desafiadoras. A Lowell Inc. é um fabricante por contrato médico em Minneapolis, Minnesota, especializado em dispositivos implantáveis, como implantes ortopédicos para mercados de coluna, trauma e extremidades e peças cardiovasculares para suporte circulatório mecânico e reparo de válvulas. Estes conjuntos multi-componente tipicamente muito complexos, como parafusos pediculares, placas cervicais, conectores transversais e dispositivos de assistência ventricular esquerda (LVAD), são quase todos sistemas de múltiplas peças nos quais componentes individuais devem funcionar corretamente quando combinados. Os designs variam de cliente para cliente, então basicamente todo trabalho na Lowell é personalizado.

A demanda por personalização e ajustabilidade, junto com dispositivos menores para cirurgia minimamente invasiva, apresenta desafios de usinagem notáveis. Uma vez que a oficina descobre como segurar essas peças pequenas, ela deve então usinar características minúsculas, intrincadas e altamente complexas nelas, regularmente usando ferramentas de corte menores que 1 mm de diâmetro.

Para lidar com essas peças desafiadoras, a Lowell instalou três máquinas multitarefa Mazak Integrex i-150, agrupadas em uma configuração de célula. As máquinas fornecem capacidade de processamento completo de peças em uma única configuração para eliminar operações manuais e aumentar a produtividade geral. Elas simplificam a fixação apenas para pinças e mandris; lidam facilmente com peças que variam de um cliente para o outro; e, em muitas instâncias, reduzem tempos de ciclo de usinagem de peças.

Cada Integrex i-150 possui um fuso de torneamento com eixo C controlado por CNC, fuso de fresamento com eixo B vertical e centro de suporte de peça/garra de retrabalho para torneamento, multi-face, multi-ângulo e contorno total de cinco eixos. A Lowell optou por fusos de fresamento de alta velocidade de 20.000 rpm e magazines de carregamento frontal de 72 ferramentas para suas máquinas também.

Fusos de fresamento inclinam de -10 graus a +190 graus, e mandris de eixo C apresentam furos passantes amplos que acomodam diâmetros de tarugo de até 2,56 polegadas. Para operações fora do centro, as máquinas fornecem alcances de eixo Y de ±3,94 polegadas. Percursos de eixo de 14,57 polegadas em X, 17,13 polegadas em Z e balanço máximo de 15,75 polegadas de diâmetro permitem que as máquinas processem uma gama de tamanhos e formas de peças, tudo dentro de uma área de 91,3 por 99,6 polegadas.

Com as três máquinas configuradas identicamente e dispostas próximas umas das outras, maquinistas podem facilmente mover-se de máquina para máquina sem ter que aprender uma máquina ou linguagem de programação completamente diferente.

Nos Mazaks, a Lowell gera praticamente todas as peças a partir de tarugo de 0,375 a 1,250 polegadas de diâmetro. Alimentadores de barra LNS Quick Load Servo 65 alimentam automaticamente barras de 40 polegadas nas máquinas. A oficina escolheu várias opções de máquina que melhoram ainda mais o desempenho. Estas incluem resfriadores de fluido de corte, escalas em todos os eixos e recursos avançados de controle CNC para usinagem de alta velocidade.

A máquina multitarefa QTN350-II MSY possui recursos de fresamento e eixo Y, bem como um segundo fuso de torneamento, permitindo à LCP Machine Inc. usinar características muito pequenas e altamente complexas em componentes de implantes médicos.

As máquinas ajudaram a simplificar todo o processo de usinagem de peças, incluindo programação e configuração. A versatilidade de processamento de peças e a produtividade melhorada permitem que a oficina continue expandindo para novas aplicações.

A Defesa Também Vira

Outra oficina, a LCP Machine Inc. de Bunnell, Flórida, é fornecedora Tier II e III em aeroespacial e defesa, bem como Tier I em petróleo e gás. Atualmente processa mais de 200 trabalhos individuais diferentes por mês, com quantidades variando de uma a 10.000 peças. Alguns trabalhos se repetem, mas a maioria é única.

A empresa tem 14 máquinas Mazak, as mais recentes sendo uma Quick Turn Nexus (QTN) 350-II MSY multitarefa e alguns centros de usinagem vertical full five-axis Vertical Center Universal (VCU) 400 5X e 300 5X. A máquina multitarefa possui recursos de fresamento e eixo Y, bem como um segundo fuso de torneamento para processar cada uma das peças da LCP em uma única configuração.

Outras máquinas no chão incluem QTs multitarefa com recursos de fresamento, centros de usinagem vertical Vertical Center Nexus (VCN) de três eixos e um VCN Compact vertical machining center.

A LCP faz a maioria de suas peças de alumínio, ligas de aço inoxidável e níquel, junto com latão, cobre e vários tipos comuns de plásticos. Peças medem de 0,030 polegadas a 18 polegadas de diâmetro, e 60 polegadas de comprimento. Tolerâncias variam de ±0,001 polegada a tão apertado quanto 0,0002 polegada, e tempos de usinagem variam de 10 segundos a até oito horas.

Usando tecnologias como multitarefa e usinagem full five-axis, a oficina frequentemente completa peças em configurações únicas. Uma dessas peças é um invólucro para um dispositivo de sonar militar usinado no QTN, que foi adquirido especificamente para aquele trabalho e pode produzir a peça por metade do custo das capacidades anteriores da oficina. A oficina roda cerca de 10.000 dessas peças por ano.

A peça de sonar requer torneamento OD e ID e algum fresamento. O verdadeiro desafio é o acabamento superficial ID, que a LCP inicialmente pensou que exigiria que a peça fosse terceirizada para brunimento. A operação de brunimento teria adicionado tempo extensivo ao trabalho. Mas conhecendo as capacidades do QTN, a LCP explicou ao cliente que a aquisição da máquina permitiria que a peça fosse feita em uma única operação mantendo o acabamento superficial requerido apenas nas áreas necessárias, permanecendo bem dentro do preço alvo do cliente enquanto deixava a LCP uma margem de lucro confortável. A máquina pode completar uma dessas peças em minutos.

Como uma oficina de precisão na produção de componentes aeroespaciais e de defesa, junto com os de petróleo e gás e outras indústrias, a LCP sabe que seus clientes continuarão a exigir maior qualidade e preços mais baixos. Ela depende da tecnologia multitarefa para atender a esses requisitos.

Fazendo Mais com Menos

Quando fabricantes de máquinas-ferramenta refinam e melhoram designs de máquinas multitarefa, a versatilidade de processamento aumenta, e os benefícios centrais da multitarefa são ainda mais aprimorados. Combinar operações reduz imprecisões que podem ocorrer ao mover peças através de múltiplas estações de trabalho e elimina estoque em processo que poderia permanecer entre máquinas-ferramentas autônomas. Como visto em muitos casos, máquinas multitarefa estão permitindo que as oficinas realizem mais com menos e aumentem a competitividade.