O futuro da usinagem automatizada:aumentando a precisão e a eficiência

VISÃO GERAL DA USINAGEM E CUIDADO DA MÁQUINA

Usinagem é o processo de remoção de material de uma “peça bruta” de metal para produzir uma forma complexa desejada.

Atendimento da máquina refere-se à operação automatizada de máquinas-ferramentas industriais em uma fábrica, principalmente usando sistemas de automação robótica. Embora carregar e descarregar seja a função principal dos sistemas de carregamento de máquinas

Freqüentemente, um robô executa outras funções valiosas dentro do sistema de automação, como entrega autônoma de peças de veículos e remoção da célula.  Outras tarefas podem ser automatizadas e integradas na visão holística da fabricação, incluindo CMM/inspeção de peças, medição, sopro, lavagem, rebarbação e acabamento, classificação, marcação de identificação a laser, embalagem e envio.

Os benefícios dos sistemas de atendimento de máquinas incluem:

1. maior produtividade
2. diminuição da mão de obra direta
3. Máquinas mais longas – 24 horas por dia, 7 dias por semana
4. maior utilização da máquina
5. diminuição dos custos gerais de produção
6. melhor qualidade do produto
7. maior segurança da máquina
8. Flexibilidade operacional
9. otimização de estoque

Devido à sofisticação, funcionalidade e custos associados aos sistemas de alimentação de máquinas, a maioria dos fabricantes exige um processo de aprovação de capital antes de investir nestes sistemas, onde a gestão executiva deve aprovar a compra. Normalmente, um ROI (retorno sobre o investimento) é calculado para justificar a compra.  A Futura Automation está equipada para auxiliar na captura de custos atuais e no cálculo do ROI

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FRESAGEM VERTICAL – 4 ou 5 EIXOS?

Na fresadora vertical, o eixo do fuso é orientado verticalmente. As fresas são mantidas no fuso e giram em seu eixo proporcionando uma dimensão “A”.  Uma tabela de alimentação fornece uma dimensão X, Y em uma fresadora de 3 eixos e uma dimensão Z em uma fresadora de 4 eixos. O fuso é um eixo rotativo e geralmente pode ser abaixado (ou a mesa pode ser elevada, dando o mesmo efeito relativo de aproximar ou aprofundar a fresa no trabalho), permitindo cortes de mergulho e furações. Existem duas subcategorias de moinhos verticais:o moinho de base e o moinho de torre.

Quando um eixo “B” também é girado, existem 5 eixos de movimento.  Uma máquina de 5 eixos oferece infinitas possibilidades quanto aos tamanhos e formatos das peças que você pode processar com eficiência. O termo “5 eixos” refere-se ao número de direções nas quais a ferramenta de corte pode se mover. Em um centro de usinagem de 5 eixos, a ferramenta de corte se move através dos eixos lineares X, Y e Z, bem como gira nos eixos A e B para aproximar-se da peça de trabalho de qualquer direção. Em outras palavras, você pode processar cinco lados de uma peça em uma única configuração.

FRESAGEM HORIZONTAL –

Uma fresadora horizontal tem o mesmo tipo, mas as fresas são montadas em um fuso horizontal (consulte Fresamento de árvore) do outro lado da mesa. Muitas fresadoras horizontais também apresentam uma mesa rotativa integrada que permite fresar em vários ângulos; esse recurso é chamado de tabela universal. Embora as fresas de topo e outros tipos de ferramentas disponíveis para uma fresadora vertical possam ser usadas em uma fresadora horizontal, sua verdadeira vantagem reside nas fresas montadas no eixo, chamadas fresas laterais e de facear, que têm uma seção transversal semelhante a uma serra circular, mas geralmente são mais largas e menores em diâmetro.

Os principais fabricantes de máquinas são:

• Mazak: HC, MEGA, ONU
• Toyoda:paletes de 400, 500, 630, 850, 1000, 1250, 1600 mm
• Hurco:HM1700i
• Haas:  40-Taper, 50-Taper
• DMG Mori:NH, NHX, DMC, DMU
• Okuma:  LB, LT, MULTUS
• Matsuura:  H-Plus

CENTRO DE GIRO –

Torneamento é um processo de usinagem usado para fazer peças cilíndricas nas quais a ferramenta de corte se move de forma linear enquanto a peça gira. Normalmente realizado com um torno, o torneamento reduz o diâmetro de uma peça a uma dimensão especificada e produz um acabamento liso da peça.  Um centro de torneamento é um torno com controle numérico computadorizado (CNC). Centros de torneamento sofisticados também podem realizar uma variedade de operações de fresamento e furação.  As fresadoras de 5 eixos podem ser configuradas como centro de torneamento e, portanto, a maioria dos fabricantes de máquinas de 5 eixos oferecem uma versão de centro de torneamento.

Principais fabricantes:

• Mazak:HQ, INTEGREX, MULTITEX, ORBITEC, QT
• Okuma:GÊNERO, MULTUS, LB, LT, LU, V40R
• Hurco:TM, TMX, TMM
• Matsuura:  CUBLEX
• DMG Mori: NT, NTX, NZX, CTX, WASINO

ROTEAMENTO –

Uma roteadora de controle numérico computadorizado (CNC) é uma máquina de corte controlada por computador que normalmente monta uma ferramenta de roteador como um fuso que é usado para cortar vários materiais, como madeira, materiais compósitos, alumínio, aço, plásticos, vidro e espumas.  Os roteadores CNC podem executar as tarefas de muitas máquinas de carpintaria, como a serra de painel, a moldadora de fuso e a mandriladora. Eles também podem cortar marcenaria, como encaixes e encaixes.

MÁQUINAS DE MOLDAGEM POR INJEÇÃO e MÁQUINAS DE FUNDIÇÃO

A moldagem por injeção é o processo de forçar o plástico (ou metal no processo semelhante de “fundição sob pressão”) em um molde.  As duas metades de um molde são fixadas no lugar com força suficiente para suportar o processo de injeção.  Terminada a injeção, os moldes são separados e as peças removidas.  “Sprue”, “Gates” e “Flash” também exigirão remoção.  Os moldes para máquinas de injeção podem ser fixados na posição horizontal ou vertical. A maioria das máquinas é orientada horizontalmente, mas as máquinas verticais são usadas em algumas aplicações de nicho, como moldagem por inserção, permitindo que a máquina aproveite a gravidade. Algumas máquinas verticais também não exigem a fixação do molde. Existem diversas maneiras de fixar as ferramentas nas placas, sendo as mais comuns as pinças manuais (ambas as metades são aparafusadas nas placas); entretanto, pinças hidráulicas (calços são usados ​​para segurar a ferramenta no lugar) e pinças magnéticas também são usadas. As pinças magnéticas e hidráulicas são usadas onde são necessárias trocas rápidas de ferramentas.

Armazenamento automatizado e transporte de paletes

Os sistemas de gerenciamento de paletes são um meio de armazenar peças conforme elas estão no processo de usinagem e alimentar automaticamente essas peças para a máquina-ferramenta por meio de um transportador e, em última análise, de um braço robótico (chamado de “atendimento”) com ferramentas apropriadas que alimentam a peça com ferramentas de fixação de trabalho, como OMIL, na máquina-ferramenta.

A Trinity Automation desenvolveu três níveis diferentes de gerenciamento de paletes para uma variedade de casos de uso e volumes de usinagem.

Automação Trinity:  AX1, AX2, AX5

O AX1 é um sistema compacto de gestão de paletes de alta velocidade concebido para transformar centros de maquinação CNC mais pequenos em sistemas de produção totalmente automatizados, ideal para a série Haas DT &DM, Fanuc Robodrill e sistemas semelhantes.

O AX2 é um sistema de gerenciamento de paletes de médio porte, com faixa de tamanho de até 16” de diâmetro por 9” de altura. Adequado para carregamento lateral do Haas UMC-500 ou centros de usinagem verticais, como o Haas VF2 ou YCM NXV1020A

O AX5 é um sistema de gestão de paletes maior, adequado para carregamento lateral do Haas UMC-750 ou centros de maquinação verticais como o Haas VF4. O AX5 é a solução definitiva que leva seu negócio de usinagem para o próximo nível.

ACABAMENTO:  REBURAÇÃO E POLIMENTO

As peças processadas geralmente requerem algum grau de acabamento antes da aplicação ou venda.  A rebarbação pode ser considerada um acabamento grosseiro e pode envolver retificação ou revolvimento da mídia.  O polimento é outro meio de acabamento de uma peça, principalmente por motivos cosméticos.  Para peças moldadas por injeção/fundidas sob pressão, há também um processo de desgaseificação, remoção de rebarbas ou sprue.  Paletes usados para transportar peças para o processo de usinagem também podem ser usados para transportar as mesmas peças usinadas para uma estação de rebarbação ou polimento

INSPEÇÃO DE QUALIDADE e CMM

Muitos fabricantes também serão obrigados a inspecionar 100% dos componentes fabricados quanto à qualidade ou conformidade com especificações de fabricação rigorosas.  Existem várias ferramentas usadas para realizar a inspeção automatizada, entre elas a visão mecânica e as máquinas de medição por coordenadas (CMM).  Em todos os casos, o manuseio de peças dentro e fora das ferramentas de inspeção pode ser realizado automaticamente com um braço robótico.  As peças podem ser transportadas para uma estação de inspeção pelos mesmos paletes usados para usinagem

Etiquetagem de identificação automatizada

Existem diversas técnicas para marcar peças acabadas com números de modelo e de série.  Entre eles estão a impressão a laser, o dot peening, a etiquetagem RFID e a impressão a tinta, em ordem inversa de popularidade.

ROBÔS MÓVEIS AUTÔNOMOS (AMRs)

Outra ferramenta para agilizar a fabricação e reduzir o custo de mão de obra é o Robô Móvel Autônomo (AMR).  Esta é uma tecnologia ainda em desenvolvimento para transportar produtos no chão de fábrica sem a necessidade de transportadores ou empilhadeiras manuais.  Um AMR pode mover o produto de outro processo para o lado da máquina ou do lado da máquina para o armazenamento, embalagem ou expedição.

COMO ESCOLHER UM SISTEMA?*

O sucesso na manufatura sempre será uma questão de lucros, também conhecido como Retorno sobre o Investimento (ROI).  Existem dois elementos de Retorno ou Lucro, que são Receitas menos Despesas.  Da mesma forma, as despesas podem ser divididas em duas partes, diretas e oneradas (despesas gerais).  A despesa direta ocorre no chão de fábrica e é o custo real de fabricação de um componente.  A despesa direta também pode ser dividida em duas partes:mão de obra e capitalização (depreciação).  O trabalho inclui não apenas o pagamento por hora, mas também benefícios, impostos trabalhistas e custos adicionais de apoio, incluindo riscos de segurança.  O trabalho repetitivo e simples que pode ser substituído por uma máquina deve ser substituído pela competitividade global.

Algumas lojas ainda permanecem ligadas aos seus métodos tradicionais, acreditando que as tecnologias familiares as ajudarão a superar novos desafios. Não vai acontecer – pelo menos não no mercado global de hoje. Reconhecer novas tecnologias, como os avanços em CNC, é uma decisão estratégica que garante a competitividade futura de uma empresa.

Justificar a nova tecnologia é um processo de várias etapas:

Etapa 1:  Entenda seus custos
Utilizar um sistema de cálculo de custos transparente, avaliar todos os factores de custo, incluindo mão-de-obra directa “all-in” ou totalmente sobrecarregada, avaliar como as novas tecnologias podem melhorar o fluxo de caixa e calcular o custo por peça e a influência do investimento em novas tecnologias no custo de produção e no retorno do investimento.

Etapa 2:  Entenda os benefícios potenciais da tecnologia CNC
Alguns dos benefícios mensuráveis incluem aumento de produtividade, redução do tempo de configuração e troca de ferramentas, melhor tempo de atividade, rendimento, taxa de refugo e custos de ferramentas, ao mesmo tempo em que diminui a carga de custos de manutenção e de preparação do trabalho.

Tão importante quanto, alguns dos benefícios intangíveis do CNC incluem qualidade, precisão e melhor acabamento superficial, sem depender da habilidade do operador. Ele também pode aumentar a flexibilidade do processo, com ferramentas predefinidas de troca rápida com pastilhas padronizadas e torneamento de ponto único, em vez de ferramentas de conformação caras.

Etapa 3:  Entenda os custos de equipamentos mais antigos
Equipamentos mais antigos significam eficiências mais modestas, tempos de configuração mais longos do que o planejado, exigindo habilidades cada vez menores para configurar e operar. Igualmente importante, os equipamentos mais antigos não conseguem manter tolerâncias estatisticamente e produzem peças de sucata em excesso, prejudicando a eficiência e aumentando o custo do material.

Cálculo do retorno financeiro
Existem várias maneiras de avaliar o retorno de uma nova tecnologia. Fazer uma análise de retorno do investimento (ROI) pode ajudá-lo a tomar uma boa decisão sobre comprar uma máquina cara ou mais barata.

A análise do ROI indica como o investimento impactará o fluxo de caixa de uma empresa, com base nas receitas e despesas associadas ao projeto. O ROI é dado como uma taxa percentual de retorno.

A empresa que realiza a análise de ROI deve determinar a taxa de retorno do investimento com base no custo do projeto e no impacto que o investimento teria no seu fluxo de caixa. Uma vez determinada a taxa de retorno, a empresa deve então determinar se é uma taxa de retorno aceitável. Normalmente, uma taxa de retorno de 20% ou mais é considerada aceitável.

Tem mais
Contudo, este método de justificação não considera aspectos técnicos e estratégicos importantes para a manutenção da competitividade. A qualidade, por exemplo, é uma das principais prioridades atuais para os utilizadores finais. Este factor é um bom exemplo do que não é totalmente reconhecido numa análise de ROI. A qualidade depende não só do tipo de equipamento utilizado, mas também do processo, como a confecção de peças completas em uma única etapa.

Além da qualidade, há uma série de outros benefícios — benefícios intangíveis — que terão impacto na competitividade da empresa. Estes podem ser tão importantes quanto o impacto do investimento no fluxo de caixa. Considerando esses outros benefícios, há uma abordagem de investimento de longo prazo que pode garantir a sobrevivência da empresa.

Embora o método de análise de ROI tenha sido tradicionalmente usado para analisar projetos plurianuais de alto volume, ele também pode ser usado para analisar a sabedoria de comprar uma máquina para produção de baixo volume de uma grande variedade de peças ao longo de vários anos. O exemplo mostrado foi muito simples e há muitos factores adicionais que poderá querer considerar, tais como implicações fiscais relativas a novas máquinas.

Finalmente, o ROI não é necessariamente o mesmo que rentabilidade e competitividade. A lucratividade depende do custo por hora da máquina considerada para compra e do impacto dos benefícios intangíveis. Dependendo da decisão de investimento de capital de uma empresa, o impacto no fluxo de caixa pode ser bastante diferente da competitividade e rentabilidade a longo prazo.

É possível ter um ROI alto e uma lucratividade baixa, e o contrário também é verdadeiro.

Observe a compra de uma nova máquina de ambos os pontos de vista. Realize uma análise de ROI e observe também o impacto do investimento a longo prazo. Embora a rentabilidade possa inicialmente ser maior quando se olha para uma máquina com preço mais baixo; devido aos benefícios a longo prazo, a compra de máquinas de maior qualidade pode ser a escolha mais favorável para o produtor de peças de precisão

*Agradecimentos a Jeff Reinert da Index Systems em artigo publicado em:https://www.americanmachinist.com/cad-and-cam/article/21892337/justifying-investment-in-cnc-technology