Stewart-Haas Racing melhora desempenho e reduz custos com estratégias inteligentes de usinagem

KANNAPOLIS, NC — Como a maioria dos fabricantes de automóveis, equipes de corrida NASCAR são motivadas a fazer peças de veículos melhores, mais baratas e mais rápidas. Centenas das principais marcas Fortune 500 são altamente visíveis nos esquemas de pintura evocativos dos veículos, apontando para investimento saudável contínuo no esporte.

No entanto, a prudência prevalece em qualquer empresa inteligente e equipes de corrida buscam maneiras criativas de economizar dinheiro. Isso inclui dentro de suas operações de oficina de usinagem. Uma das maneiras que a Stewart-Haas Racing está alcançando isso é aplicando toolpaths Dynamic Motion apresentados em seu software CAD/CAM Mastercam (CNC Software Inc., Tolland, CT).

A Stewart-Haas Racing é a equipe campeã NASCAR co-propriedade do campeão de três vezes da Monster Energy NASCAR Cup Series Tony Stewart e Gene Haas, fundador da Haas Automation, a maior construtora de máquinas-ferramenta CNC da América do Norte.

A organização alinha quatro inscrições na Monster Energy NASCAR Cup Series — o número 4 Ford Fusion para Kevin Harvick, o número 10 Ford Fusion para Aric Almirola, o número 14 Ford Fusion para Clint Bowyer e o número 41 Ford Fusion para Kurt Busch. A equipe também compete na NASCAR XFINITY Series alinhando uma inscrição em tempo integral — o número 00 Ford Mustang para Cole Custer e uma inscrição em tempo parcial, o número 98 Ford Mustang. Baseada em Kannapolis, NC, a Stewart-Haas Racing opera em uma instalação de 200.000 ft² (18.580 m²) com cerca de 370 funcionários.

Uma área muito ativa de 4000 ft² (372 m²) desse espaço é a oficina de usinagem da empresa. A Stewart-Haas Racing tem fortalecido suas estratégias de manufatura para fazer mais das peças ela mesma que eram anteriormente terceirizadas. Isso fornece à equipe melhor controle de qualidade, prazos de entrega melhorados e proteção adicional para designs proprietários. Fazer mais levou a Stewart-Haas a otimizar sua lista de instalações (com máquinas-ferramenta predominantemente Haas), processos e procedimentos de manufatura, e programação de peças CNC — especificamente com os novos toolpaths Dynamic Motion.

Uma Explicação

Embora estes toolpaths CAM avançados tenham estado nas últimas várias versões do Mastercam, e tenham sido lançados pela primeira vez há cerca de 10 anos, eles ainda são novos para muitos na manufatura e são continuamente melhorados e integrados em mais recursos de produto para tanto fresamento quanto torneamento.

Aqui está uma breve explicação: Tipicamente, programas CNC convencionais são baseados em limites geométricos. Eles têm a ferramenta entrar no material e então embarcar em uma direção até encontrar uma parede ou algum outro obstáculo, e então muda de direção. A ferramenta cobre toda a área ditada pelo modelo da peça, cortando o que está em seu caminho. Às vezes isso é material e às vezes é ar ineficiente.

Agora, os toolpaths Dynamic Motion mais recentes têm a ferramenta se comportar de forma não convencional. O movimento da ferramenta é governado por um conjunto de regras altamente engenheirado que leva em consideração tanto a área da qual o metal deve ser removido quanto a condição mutável do material ao longo dos vários estágios de usinagem. Os algoritmos proprietários preveem o que vem a seguir, pesam as alternativas, e modificam automaticamente avanços, passo lateral e movimentos de corte em resposta às condições mutáveis do material enquanto a peça está sendo cortada.

O objetivo é remover material mais eficientemente controlando forças laterais para evitar excessos que geram calor. Frequentemente referido como "usinagem de carga de cavaco constante", os movimentos mais suaves e seguros — constantemente no corte — aliviam tensões em ferramentas de corte e máquinas, aumentando sua longevidade.

"A maior transformação que vi no último ano em nossa oficina é a adoção completa dos toolpaths dinâmicos do Mastercam", disse John Simmons, gerente de oficina de máquinas CNC na Stewart-Haas Racing. "Eles são muito poderosos. Podemos fazer peças completas direto de um grande bloco agora, em vez de ter que fazer componentes menores e soldá-los juntos", ele disse. "Os toolpaths dinâmicos nos dão muito mais engajamento da ferramenta o que reduz a necessidade de otimizar toolpaths de desbaste e nos permite chegar às operações de acabamento muito mais rápido."

Aumentos de Velocidade

Como exemplo de quão mais rápido, Simmons cita um componente de link central de direção como uma das muitas aplicações de peças que estão se beneficiando dos toolpaths Dynamic Motion. O link de direção é a conexão da caixa de direção às rodas, um componente muito importante. A peça começa em sua Haas modelo VF6 TR (para trunnion) 50-taper vertical CNC milling machine como uma barra sólida de 150 lb (68 kg) de aço liga aproximadamente 4" larga × 5" alta × 23,5" longa (102 × 127 × 597 mm). O processo de desbaste costumava levar 12 horas, agora está reduzido a sete horas aplicando os toolpaths "conscientes do material".

"Diria que somos 60-75% mais eficientes e isso não é apenas tempo de corte, mas também estamos obtendo significativamente mais vida da ferramenta usando motion dinâmico", disse Simmons.

Operações subsequentes de fresamento de contorno 3D refinam as dimensões críticas. As tolerâncias, geometria de acabamento e peso da peça não foram divulgados por Simmons por razões competitivas. No entanto, ele forneceu as principais causas para o aumento na eficiência de corte no processo de desbaste com os toolpaths avançados:

• Passos laterais mínimos para evitar acúmulo de calor e força lateral excessiva;
• Movimentos suaves que aliviam tensões em ferramentas e máquinas;
• Altas velocidades de fuso;
• Engajamento máximo de flautas para cortes que removem mais material;
• Engajamento contínuo do material (fresamento de subida) para minimizar corte de ar;
• Ajustes dinâmicos de passo lateral para manter carga da ferramenta constante;
• Estratégias de entrada da ferramenta que apresentam a ferramenta ao material no ângulo mais seguro;
• Consciência do "material" que mantém a ferramenta em uma condição de corte consistente e segura independentemente da geometria do contorno (modifica o caminho para que cavacos tenham o mesmo tamanho);
• Micro-levantamentos que elevam o cortador longe do piso da peça ou longe das paredes para que calor não se acumule quando velocidades de corte estão sendo ajustadas durante reposicionamento.

'Tecnologia Complexa'

Além do VMC Haas VF6 TR de serviço pesado, a oficina Haas tem 14 outras máquinas-ferramenta. Centros de torneamento CNC Haas com cabeças de fresamento vivo foram as adições mais recentes, pois Simmons disse que eram principalmente peças torneadas que eram terceirizadas mas agora trazidas internamente. Além de operações de usinagem, a área da oficina tem um departamento de controle de qualidade totalmente equipado que verifica cada peça cuidadosamente para defeitos.

"À medida que tecnologia complexa se torna mais pervasiva em nossa oficina, o suporte que recebemos de nossos vários fornecedores é de importância primordial", disse Simmons. "É mais do que apenas ter a tecnologia, queremos garantir que estamos obtendo o máximo de nossos investimentos para finalmente economizar dinheiro, melhorar eficiências e fazer veículos competitivos.

"Por exemplo, a evolução para a maneira de pensar do toolpath dinâmico, embora valha a pena pelos benefícios, pode ser complicada de navegar", ele adicionou. "Você tem que lembrar, eu era programador CNC por quase 15 anos de minha carreira. A luz acendeu muito mais rápido com a assistência dos engenheiros de aplicações da CNC Software e seu revendedor na minha área, Barefoot CNC."

Editado pelo Editor do Yearbook Motorizado Bill Koenig a partir de informações fornecidas pela CNC Software.