Aprimorando Produtividade de Programação CNC Através de Software Avançado e Interfaces

Controles rápidos e inteligentes fazem trabalho curto de tarefas altas.

Tecnologias de manufatura conectada e digitalização estão impulsionando muitas das principais inovações em controles de máquinas CNC que ajudam oficinas a cortar metal e criar peças o mais rápido e eficientemente possível. Na maioria dos casos, o software lidera o caminho ajudando tanto programadores CNC quanto operadores no chão de fábrica a manufaturar peças facilmente com a mais alta precisão possível.

Os equipamentos CNC de hoje virtualmente borbulham com os últimos avanços de hardware, incluindo processadores mais rápidos, mais RAM a bordo para tarefas intensivas de computação, além de opções mais novas de unidade de estado sólido que permitem tempos de inicialização quase imediatos, bem como operação sem preocupações em ambientes de oficina robustos.

Os últimos avanços de software, no entanto, com recursos que incluem aplicativos de manufatura conectada, simulações 3D avançadas e interfaces de usuário baseadas em toque, continuam a dar aos construtores de CNC as melhores avenidas para se diferenciar do grupo.

"O software de controle é realmente o único lugar para construtores de máquinas-ferramenta introduzirem inovação que muda o jogo", disse Michael Cope, especialista técnico de produto da Hurco Cos. Inc., Indianapolis. "Como soluções mecânicas novas e inovadoras são poucas e raras, especialmente sem a introdução de alguma nova tecnologia de metalurgia ou similar, oferecer software de ponta e mudanças de interface gráfica de usuário que tornam controles CNC mais poderosos, mais versáteis e mais fáceis de usar tem que ser a área onde cada construtor se diferencia da competição."

Podemos Conversar?

À medida que a indústria de manufatura passa por sua transformação de digitalização, desenvolvedores de controle CNC e construtores de máquinas-ferramenta continuam adicionando novos recursos e funcionalidades com os últimos sensores, processadores e software. Na IMTS, desenvolvedores de controle FANUC e Siemens, em particular, exibiram novos equipamentos e estratégias para conectar seus controles e automação para a Internet Industrial das Coisas (IIoT) e habilitar a Indústria 4.0.

No estande da IMTS da FANUC America Corp. baseada em Rochester Hills, Mich., a empresa demonstrou suas últimas tecnologias IIoT, incluindo o sistema de coleta e monitoramento de dados FANUC Intelligent Edge Link and Drive (FIELD) e seu Zero Down Time on ROBOT-LINKi (ZDT), que usa análises preditivas para ajudar a prevenir tempo de inatividade de falhas inesperadas.

A FANUC também exibiu novos recursos de CNC, incluindo simulação de usinagem de modelo 3D de alta resolução melhorada para funções de cinco eixos e usinagem composta; seu mais recente Series 0i-Model F Plus, a próxima geração de seus controles Series 0i; e seu recurso Quick and Simple Startup of Robotization (QSSR) para vincular CNCs da FANUC com os robôs da empresa. Além disso, a FANUC adicionou capacidades de visão integradas diretamente em seus CNCs.

"Estamos vendo muito impulso para usar sistemas de visão integrados em CNCs", disse Paul Webster, gerente de engenharia para a unidade de CNC da FANUC America baseada em Hoffman Estates, Illinois. "Isso está sendo lançado agora; a tecnologia de hardware é a mesma do lado do robô, mas é implementada de forma diferente." O sistema, que usa software diferente dos sistemas de visão usados em robôs FANUC, "permite uma implementação flexível de visão através do CNC", disse Webster.

A última tendência de conectar máquinas-ferramenta CNC juntas pode oferecer aos fabricantes maior produtividade e qualidade mais confiável, observou Tiansu Jing, gerente de produto CNC Sinumerik para a Unidade de Negócios de Máquinas-Ferramenta da Siemens baseada em Elk Grove Village, Illinois. "A Siemens está oferecendo inovações técnicas variáveis para todas as áreas de manufatura, incluindo as principais como aeroespacial e automotiva", disse ele. "As inovações não estão apenas focadas em melhorar a velocidade de engenharia dos construtores de máquinas introduzindo um novo e poderoso portal TIA e Safety Integrated Plus, mas também a 'arte' dos produtos de digitalização de dados, que oferecem aos clientes finais maneiras de conectar, monitorar, analisar e otimizar suas máquinas."

"Manufatura Inteligente/Indústria 4.0, que também é chamada de 'digitalização', é o divisor de águas na manufatura", Jing continuou. "Ao conectar as máquinas juntas, há muitas novas possibilidades chegando, bem como novos modelos de negócios. Para oferecer melhor serviço a seus clientes, os fabricantes precisam aumentar sua produtividade e qualidade para oferecer melhores produtos em prazos de entrega mais curtos. Similarmente, para fortalecer sua posição competitiva no mercado, as empresas precisam encurtar o tempo que leva para projetar novos produtos."

Torneiros estão sempre procurando tornar operações de corte mais fáceis e rápidas, Jing adicionou. "Para diferentes tipos de máquinas, eles precisam de diferentes recursos para realizar este alvo, ex: 'Top Surface' para corte de molde e matriz para melhor qualidade de superfície em tempo menor, e 'Tool Manager' para gerenciar facilmente todas as ferramentas para reduzir tempo de inatividade da máquina devido a quebra de ferramenta, etc.", disse ele.
Os elementos de software de controles CNC permitiram adição fácil de rotinas especializadas e macros que aumentam a produtividade tanto em grandes fabricantes quanto em operações menores de job shop.

"Fabricantes estão procurando maior produtividade e melhor qualidade o tempo todo", Jing notou.

"Limitado pelo material da ferramenta e mecânica da máquina, é difícil encurtar dramaticamente a velocidade de corte, então o novo potencial para aumentar a produtividade é por melhor gerenciamento da cadeia de valor de produção completa, incluindo distribuição de tarefas para diferentes máquinas, arranjo otimizado de ferramentas, simulação antes do corte real para verificar o design, e análise online de componentes da máquina, incluindo ferramentas, etc.

"A Siemens está oferecendo linhas completas de produtos para ajudar grandes fabricantes e menores a configurar seu gêmeo virtual e analisar sua produção para otimizar a produção do design do produto à entrega", Jing continuou. Software da Siemens inclui Manage MyMachine, Analyze MyPerformance, Analyze ToolPath e Run MyVNCK para verificar design, otimizar o programa da peça, simular corte e manter máquinas rodando em níveis ótimos de performance, ele adicionou.

Ao conectar máquinas com Indústria 4.0 e Manufatura Inteligente, a indústria pode mudar o jogo e preencher a lacuna de habilidades que existe na manufatura hoje, segundo Cope da Hurco. "Esses novos padrões fornecem a capacidade de ter máquinas e controles interagindo uns com os outros e ter máquinas se tornando 'ajudantes' dentro de uma grande célula de manufatura, onde um trabalho ou programa particular pode ser enviado para a próxima máquina-ferramenta disponível e não ser contingente a uma máquina particular se tornar disponível. Eles também podem enviar feedback de trabalho ou máquina para destinatários de e-mail ou texto especificados."

"Ter o poder e versatilidade de trabalhar com automação se tornará cada vez mais inestimável para oficinas de todos os tamanhos nos próximos anos", Cope continuou. "Devido ao menor número de funcionários, oficinas menores podem possivelmente se beneficiar desta tecnologia ainda mais do que oficinas maiores porque permite que elas aproveitem mais horas no dia — mesmo sem ter turnos estendidos de segundo e terceiro turno."

Em seu estande na IMTS, a Hurco apresentou automação com robôs colaborativos, robôs seriais multi-eixos e sistemas de paletes demonstrando automação para produção de peças de alta variedade/baixo volume encontrada em muitas job shops, disse Cope, notando que a exposição de automação foi um esforço colaborativo entre Hurco e Erowa, Universal Robots, FANUC, Online Resources, e Industrial Controls & Automation.

"A Hurco dedicou extensos recursos de engenharia para inventar nosso sistema patenteado de controle de movimento orientado por software, chamado UltiMotion", disse Cope. "Com UltiMotion, enormes quantidades de memória e look-ahead de bloco NC (todos recursos padrão em nosso controle), todas as indústrias se beneficiam, mas será especialmente benéfico para nossos fabricantes de moldes e oficinas aeroespaciais. A velocidade combinada, vazão e responsividade de eixo ajudarão a garantir que o cliente esteja produzindo as melhores peças possíveis, com tempos de ciclo mais curtos e acabamentos superficiais excepcionais."

Setups Únicos, Simulação Valorizados

Trabalhar mais eficientemente com setups únicos em máquinas multieixos é uma tendência em CNCs hoje, notou Gisbert Ledvon, gerente de desenvolvimento de negócios TNC, Heidenhain Corp., Schaumburg, Illinois. "Pessoas querem fazer mais em uma máquina se puderem, então obviamente cinco eixos veio um longo caminho, não apenas para cinco eixos completos mas cada vez mais para 3+2 [usinagem] porque pessoas precisam se manter competitivas", Ledvon disse. "Se eles continuarem fazendo o que estão fazendo, não serão competitivos."

Enquanto algum trabalho de usinagem está voltando para os EUA, o mais fácil não está, ele adicionou.

"As coisas complexas estão voltando. Há uma tendência de pessoas querendo fazer mais em uma máquina-ferramenta, então é ou cinco eixos ou eles querem fazer uma aplicação mill/turn em uma fresadora. Eles querem começar na automação um pouco mais, então querem uma funcionalidade fácil em seu controle para gerenciar talvez um trocador de paletes simples, e definir prioridades a partir disso."

Operações de usinagem para skiving e corte de engrenagens complexas fizeram um retorno, auxiliadas por software mais novo no controle TNC da Heidenhain, ele adicionou. Operações de usinagem complexas requerem modelagem 3D altamente precisa em software de simulação como o que a Heidenhain recentemente adicionou à caixa de ferramentas do TNC, incluindo seu Monitoramento Dinâmico de Colisão.

"Mesmo que você possa ter monitoramento de colisão fora, como com um programa CAM ou Vericut, por exemplo, que verifica seu programa para que você não tenha colisões, pessoas também querem fazer isso na máquina [controle], se puderem", Ledvon disse. "Se a máquina pode mostrar visualmente se eles têm um problema de colisão, eles querem ver o modelo 3D da cinemática da máquina, e apenas conferir se eles estão fazendo a programação — eles ainda querem aquela verificação na máquina."

Simulação de peças no controle CNC está se tornando mais comum, com novas simulações baseadas em CNC introduzidas na IMTS pela FANUC e outros. A simulação da FANUC oferece simulação completa de peça 3D, notou Webster, mostrando o corpo sólido da peça enquanto ela passa por operações de usinagem.

Uso de modelos sólidos também está crescendo dentro das ofertas de desenvolvedores de CNC, notou Cope da Hurco. "Uma tendência que alguns controles estão começando a adotar, e que certamente veremos crescer, é a capacidade de importar modelos sólidos diretamente no controle — e criar programas a partir deles. Embora tenhamos sido capazes de importar arquivos STL para serem usados como geometria de estoque por vários anos, a Hurco introduziu um novo recurso, 3D Import com 3D DXF aprimorado na IMTS 2018, que foi muito bem recebido pelos participantes do show", Cope adicionou. "Como muitos usuários recebem arquivos de modelo sólido de seus clientes, é um benefício significativo poder simplesmente carregar aquele arquivo no controle e criar um programa de peça sem a necessidade de um sistema CAM."

O Que Mais Importa para Torneiros

Facilidade de uso classifica muito alto na lista de desejos da maioria dos torneiros, e desenvolvedores de CNC estão fazendo progresso constante nesta área, com a FANUC reformulando sua interface de usuário nos últimos anos e muitos outros desenvolvedores incluindo interfaces de tela sensível ao toque mais fáceis de usar.

"Eles querem velocidade, não querem esperar, e querem precisão", disse Robin Cave, engenheiro de software para a Mazak Corp. baseada em Florence, Ky. "Os gráficos em nossa máquina Windows são muito bons, e ajudam torneiros a verificar código antes do corte começar com simulação pretty good que mostra tudo."

A linha Mazatrol Smooth de CNCs da Mazak, que incluem SmoothX, SmoothG e SmoothC, foram reformuladas pela Mazak no Japão há cerca de três anos usando hardware Mitsubishi e incorporando o sistema operacional Windows 8 embedded. Esses CNCs oferecem operação intuitiva para usuários com telas sensíveis ao toque que permitem ajustar um processo de peça, Cave notou, usando barras deslizantes e outras entradas gráficas.

"É um controle gritantemente rápido", disse Cave dos CNCs Smooth, notando que Georgia Tech testou os controles. "Processa mais rápido que qualquer coisa que já fizemos antes, e as unidades de estado sólido realmente ajudam com a velocidade. Você não precisa sempre de muita velocidade, mas quando você está interpolando uma fresa de topo de nariz de bola, você precisa comer muito código rapidamente", Cave disse. "Você encontra esses tipos de coisas mais em trabalho de molde e aeroespacial.

"Uma outra coisa realmente grande com nossos clientes é nosso SMC — nossa Configuração Suave de Máquina", Cave continuou. "O que clientes queriam era nossas máquinas serem mais flexíveis. Às vezes eles precisam ser realmente precisos, às vezes não." O SMC permite que torneiros ajustem facilmente controles deslizantes para tornar a máquina mais ou menos precisa conforme as condições de usinagem requerem, ele notou, ajudando a facilitar tarefas de programação na máquina.

Plataforma Única para Tudo

Versatilidade de usinagem é uma tendência chave para usuários de CNC hoje, notou Todd Drane, gerente de marketing para Fagor Automation-USA, Elk Grove Village, Illinois. "Fabricantes querem uma única plataforma CNC que possa lidar com qualquer aplicação que eles tenham no chão de fábrica", disse Drane, notando que isso permite melhor intercâmbio de pessoal de oficina. "Uma vez que aprendem uma plataforma CNC, a integração a um novo processo para aquele indivíduo é muito mais fácil se a plataforma operacional permanece a mesma com o novo processo."

Entre seus últimos desenvolvimentos, a plataforma CNC 8065 da Fagor foi projetada com recursos avançados proprietários necessários para usinagem de alta velocidade, mantendo o melhor acabamento superficial de usinagem e precisão máxima, disse Drane. O recurso Adaptive Real-Time Feed and Speed (ARFS) da Fagor permite que o CNC analise condições de usinagem como carga do fuso, potência do servo e temperatura da ponta da ferramenta, e adapta tanto a taxa de avanço do eixo quanto a velocidade do fuso para performance máxima de produtividade de usinagem, Drane adicionou. "O resultado é uma redução do tempo de ciclo, acoplada com um acabamento de peça superior. Vida estendida de fuso e motor servo também é alcançada, bem como utilização de ferramenta melhorada."

O CNC Fagor 8065 também é equipado com funcionalidade de usinagem High Speed Surface Accuracy (HSSA) específica para aeroespacial que oferece tensão mecânica reduzida na máquina, o que aumenta a vida útil da máquina-ferramenta. Também, devido à menor vibração da máquina, a máquina é capaz de movimento mais suave e taxas de avanço mais altas, Drane disse. "Além disso, a ferramenta de diagrama de Bode a bordo permite a medição da resposta de frequência da máquina, permitindo assim a possibilidade de realmente filtrar as vibrações da máquina produzidas pelas várias condições operacionais e ambiente."

A Fagor também apresenta seu aplicativo Fagor Machining Calculator (FMC), disponível nas plataformas CNC 8060 e 8065. O recurso consiste em um banco de dados de materiais a serem usinados e operações de usinagem (fresamento e torneamento) e uma interface para escolher condições de corte adequadas (taxa de avanço de usinagem dos eixos e velocidade do fuso para cada operação). Outro avanço nos CNCs Fagor é o design de hardware compacto da linha de controle, disse Drane. "Na manufatura de hoje, como declarado por um cliente, espaço é dinheiro", ele notou. "Por isso, a Fagor criou não apenas CNCs compactos, mas também drives compactos e até motores. A ideia é fornecer soluções enxutas que se ajustem à necessidade vs. uma abordagem padronizada."