Um tipo diferente de centro de usinagem

Como qualquer pessoa envolvida na fabricação de metalurgia está bem ciente, a batalha entre a tecnologia de usinagem dedicada e a tecnologia de usinagem flexível continua a ser travada em oficinas de máquinas em todo o mundo. O influxo de alta mistura e baixos volumes na fabricação de metalurgia é inconfundível e, mais do que provável, imparável. Parece permear todos os aspectos das operações de usinagem.

Esses termos gerais – mix alto, volumes baixos – são relativos. Para uma loja de moldes, por exemplo, uma quantidade de cinco pode ser considerada “alto volume”. Em um fornecedor de nível dois, o alto volume pode ser considerado 500.000 peças ou mais. E relativamente falando, o fornecedor Tier-Two com 500.000 peças pode ter ajustado sua produção de um milhão de peças anteriores com base nas tendências gerais de fabricação das últimas décadas. Hoje, esse mesmo “alto volume” pode ser mais de 5.000 peças. É relativo.

Na busca por equipamentos de capital que permitem que uma oficina otimize sua produção para refletir as realidades das demandas de fabricação de hoje, há muitas configurações de máquinas-ferramenta para escolher. Um desses desenhos que estamos apresentando aqui. Ele é chamado de multicentro e foi desenvolvido para ser uma espécie de ponte entre a produção flexível e de alto mix e a capacidade de usinagem dedicada de alto volume.

Transferência do Rotary em transformação

Para saber mais sobre o conceito por trás do Multicenter, conversamos com Maurizio Porta, proprietário de segunda geração da Porta Solutions, com sede em Brescia, Itália. Sua sede norte-americana fica em Newington, Connecticut. Fundada em 1958 por seu pai, Oscar, a empresa do Sr. Porta começou a construir máquinas-ferramentas especiais para várias aplicações e viu as mudanças nos requisitos de produção dedicados versus flexíveis.

“Originalmente, fabricamos máquinas-ferramentas de transferência rotativa”, diz o Sr. Porta. “Essas máquinas refletiam uma época em que uma máquina era construída para fabricar uma peça. A parte era o rei, e criar ferramentas dedicadas projetadas para otimizar sua produção era o nome do jogo.”

Tradicionalmente, na tecnologia de transferência rotativa, uma oficina conseguia um emprego e, em seguida, projetava um sistema de produção em torno da peça. Alguns trabalhos podem ser executados praticamente inalterados por anos. À medida que os ciclos de vida dos produtos se tornaram mais curtos, as máquinas de produção dedicadas tornaram-se menos justificáveis ​​em termos de custo em muitas aplicações, principalmente porque reutilizá-las para um novo trabalho é difícil, caro e geralmente não vale o esforço.

Em 2005, a Porta apresentou sua solução para a máquina dedicada versus uma máquina flexível na forma do Multicenter. O pensamento era unir a tecnologia de usinagem dedicada projetada em torno de uma peça específica com uma plataforma de centro de usinagem que pudesse ser facilmente reequipada à medida que as misturas das peças fossem alteradas.

Centrada em um carrossel de quatro estações, a máquina, em sua configuração mais popular, possui três módulos de centro de usinagem horizontal. A quarta estação na mesa de trabalho é uma estação de carga/descarga que pode ser tripulada ou automatizada.

Cada um dos módulos HMC é capaz de usinagem de três ou quatro eixos reais em cada estação. Os módulos do centro de usinagem operam progressivamente, mas são controlados de forma independente. Com a máquina produzindo uma peça, uma peça em várias operações ou várias peças diferentes ao mesmo tempo. Todas as quatro partes diferentes seriam trabalhadas por todos os três fusos antes de voltar para a estação de carga/descarga finalizada.

Com três fusos, as operações de usinagem podem ser variadas conforme necessário, aumentando a flexibilidade da máquina. Uma rotação do porta-paletes de quatro estações pode produzir uma peça completa, quatro peças completas ou uma variação das quatro. No entanto, o Sr. Porta diz que a maioria das aplicações usa uma seqüência de usinagem progressiva.

O Sr. Porta fala sobre uma aplicação em que o cliente produziu três peças diferentes em um ciclo do Multicenter. “Essas peças eram montadas, então cada ciclo da máquina produzia um conjunto completo de peças”, diz o Sr. Porta. “Após a usinagem, as peças eram montadas e enviadas ao cliente. Foi uma aplicação muito eficiente.”

Multicentro em comparação com HMCs

Os HMCs estão começando a ver maiores investimentos em oficinas que lidam com trabalho de alto mix e baixo volume. Eles têm flexibilidade inerente e se adaptam facilmente à automação usando sistemas de transporte de paletes para transportar o trabalho para dentro e para fora da máquina-ferramenta. Além disso, a capacidade da ferramenta de corte do projeto horizontal é superior ao seu maior concorrente, o VMC.

Pesquisa realizada pela Production Machining o negócio interno de pesquisa de mercado da Gardner Intelligence, mostra um aumento significativo nas projeções de compra da HMC; 85% a mais do que os números de 2017.

No entanto, o Sr. Porta ressalta que se os volumes e a complexidade da peça exigirem mais de um HMC, o Multicenter encontra seu nicho. “É uma ponte entre a produção muito alta de uma máquina para fins especiais e o menor volume com flexibilidade de um HMC”, diz ele. “O multicentro está entre essas duas classes de máquina e é uma máquina-ferramenta padrão, não especial, o que torna os prazos de entrega muito menores.”

A máquina foi projetada para um cubo de trabalho de 10 polegadas, embora o design seja escalável para peças maiores. Cada um dos três centros de usinagem é servido por seu próprio trocador de ferramentas, com capacidade padrão de 12 ferramentas em cada um. Mais capacidade de ferramenta, até 40 ferramentas cada, está disponível, se necessário. Cada fuso da máquina possui três eixos na ponta da ferramenta e um quarto eixo rotativo está localizado em cada mesa de trabalho. Todos os eixos são controlados pelo FANUC da máquina ou CNC da Siemens.

Pegada menor, menos energia

A vantagem do projeto do Multicenter, diz Porta, é que um cliente típico dessa máquina, que precisa de três ou quatro HMCs para atingir seus números de produção, pode obtê-los em uma única plataforma. É mais fácil operar a máquina, usa menos energia e ocupa menos espaço.

Os requisitos de espaço físico de um HMC, com suas áreas de carga e descarga associadas, não são insignificantes. “Agora, multiplique esse espaço por três e as coisas ficarão bem grandes”, diz Porta. “Como o Multicenter é essencialmente três HMCs em uma única plataforma, ele ocupa apenas 87 metros quadrados. Calculamos que três HMCs típicos, com automação de atendimento, ocupariam 240 metros quadrados.”

O Multicenter quando comparado com três centros de usinagem horizontais autônomos consome 50% menos energia, de acordo com o Sr. Porta. Ele cita valores de consumo de 51 kWh para o Multicenter versus 120 kWh para três centros de usinagem, com produção equivalente.

Esses índices se justificam pela redução de acessórios redundantes, afirma. Por exemplo, os centros de usinagem acionam três sistemas de automação, 3 transportadores de cavacos e três trocadores de paletes. Além disso, há mais manutenção associada a três plataformas versus uma.

Dois clientes-alvo

Segundo o Sr. Porta, a Multicenter tem dois clientes-alvo. Como a empresa foi construída com máquinas especiais de alto volume, o Multicenter foi projetado para ser um centro de produção em volume.

“Alguns de nossos clientes dedicam o Multicenter a uma única peça, como uma máquina especial”, diz o Sr. Porta. “Essas oficinas fabricam quantidades automotivas na faixa de 700.000 a 1.000.000 peças por ano em alguns casos. As vantagens inerentes dos três centros de usinagem em uma plataforma – redução de custos com menos espaço físico, menos energia e menos mão de obra – ainda se aplicam a essas aplicações.”

Onde o Multicenter difere de sua ancestralidade de máquina especial, é sua capacidade de ser competitivo em termos de custo em aplicações de menor volume. “Alguns de nossos clientes usam o Multicenter para atender pedidos de produção que não são de alto volume, mas sim de alto mix”, diz o Sr. Porta.

Para este segundo grupo-alvo, os lotes de 500 a 5.000 são típicos. Essas lojas geralmente não estão fazendo peças para estoque, mas sim atendendo pedidos “spot”.

Essas oficinas tendem a usar a capacidade do Multicenter para responder aos pedidos à medida que eles chegam. As máquinas nessas oficinas são preparadas para uma produção flexível em vez de uma produção dedicada.

Retenção de trabalho de mudança rápida

A estrutura do Multicenter é bem diferente de um HMC. A base da máquina é um conjunto soldado que o Sr. Porta descreve como uma estrutura de caixa fechada. Dentro da caixa, uma mesa rotativa de quatro estações transporta os paletes de usinagem. A caixa tem três paredes com um módulo de centro de usinagem em cada uma das paredes com seu próprio conjunto de guias lineares. A quarta parede está aberta para que a estação de carga/descarga acesse a zona de trabalho.

Ao desenvolver o Multicenter, a Porta projetou o sistema de fixação para ser flexível. Montado em cada um dos três paletes da máquina está um receptor que pode ser indexado para posição ou continuamente para contorno no eixo B pelo palete. Os receptores são padronizados e permanecem no palete.

As braçadeiras para as peças de trabalho específicas são montadas no receptor e abrem ou fecham sob CNC e a hidráulica é constantemente monitorada pelo controle. A troca é realizada simplesmente substituindo os grampos no receptor. Isso resulta em um tempo de troca de 30 segundos.

Para acesso ao quinto lado de uma peça de trabalho, o acessório é projetado para indexar 90 graus para expor esse lado da peça ao fuso. Embora esta operação seja geralmente feita no fuso três, ela pode ser feita em todos os fusos, se necessário. Os acessórios também são capazes de uma opção de eixo U se o torneamento de ponto único for necessário para terminar a peça.

Executando o programa

A programação para o Multicenter de três fusos é relativamente simples. Cada módulo do centro de usinagem tem sua própria página no controle FANUC ou Siemens, então sua programação é basicamente uma máquina de três eixos, com um eixo B, por vez. A programação progride do fuso um para dois e três.

Embora haja efetivamente três programas separados sendo executados simultaneamente, não há necessidade de um controle de sincronização separado. Ambas as marcas CNC que o Porta utiliza operam a sincronização dos programas em segundo plano do controle.

Como a máquina possui três fusos e geralmente executa operações sequenciais, é importante equilibrar o tempo de ciclo para eliminar o tempo morto. A Porta desenvolveu um pacote de software com a Microsoft que se chama Energy Characterization.

Lendo o consumo de energia dos motores do fuso, o software reduz efetivamente a potência para cortes mais leves e a transfere, por meio de frenagem regenerativa, para o fuso usando mais potência. O resultado líquido é o consumo de energia otimizado.

O Porta é compatível com a capacidade de conectividade da Indústria 4.0. Alguns de seus programas de desenvolvimento são relativamente avançados. A informação disponível, seja a produção de 1.000.000 peças ou 500 peças, é valiosa para qualquer fabricante. Os dados estão se juntando aos chips como a moeda da fabricação metalúrgica.