Tecnologia VMC Expande Aplicações e Aumenta Produtividade

Modelos avançados continuam a expandir alcance de VMCs no chão de fábrica.

Centros de usinagem verticais com recursos e funções avançados estão conquistando seu espaço como membros mais produtivos do arsenal de equipamentos CNC de oficinas de usinagem. VMCs de hoje desafiam a noção de que precisam ser relegados a algum canto raramente visitado da oficina, ou limitados a usinagem secundária. VMCs tradicionalmente têm preço menor comparado a centros de usinagem horizontais mas sem a capacidade de produção.

Em certa medida, as adições mais recentes de tecnologia avançada permitiram que VMCs fechassem a lacuna de produtividade e conquistassem vantagem competitiva em aplicações de alta velocidade, alta precisão tão diversas quanto aeroespacial, médica, energia e indústrias similarmente exigentes. A funcionalidade de VMCs foi significativamente aumentada com adição de configurações de mesa-sobre-mesa e luneta de quarto e quinto eixos, múltiplos trocadores de palete, mais ferramentas, e fusos de alta velocidade. VMCs são capazes de usinar as peças mais complexas, como rotores com pás para motores a jato, pás de turbina para geração de energia, grandes componentes aeroespaciais, e trabalho de molde e matriz de precisão.

Estudo de Caso VMC para Molde e Matriz

Werkzeugbau Leiss GmbH é considerada uma das produtoras líderes e mais bem-sucedidas de moldes de sopro por extrusão e moldes de sopro por estiramento. Em estreita cooperação com seus clientes, a empresa de Ludwigsstadt, Alta Francônia, Alemanha, desenvolve novos designs de embalagem para indústrias alimentícia, farmacêutica, química, automotiva e cosmética, bem como matrizes e moldes projetados e fabricados por cerca de 65 funcionários qualificados da Leiss.

"Como provedor de serviços em design e construção de ferramentas, nos vemos como parceiro para nossos clientes", disse Daniel Leiss, explicando a estratégia da empresa. Ele gerencia a empresa junto com seu pai Fritz Leiss. As parcerias próximas com clientes frequentemente começam com desenvolvimento de novos designs de embalagem. "Quanto mais cedo ajudamos o processo com nossa experiência, mais econômica a fabricação das matrizes é para todos os envolvidos."

Isso torna possível para Werkzeugbau Leiss fabricar 250 novas matrizes por ano com total de cerca de 1.000 cavidades, bem como componentes periféricos, como pinos de sopro, máscaras/punções ou matrizes/pinos.

Werkzeugbau Leiss gerencia sua produção de alto volume em suas instalações grandes e modernas. Usinagem de precisão é feita por frota poderosa de máquinas, incluindo dez máquinas CNC da DMG Mori. Além de dois tornos CTX, a frota inclui cinco centros de usinagem verticais da série DMG Mori DMC V. Isso inclui DMC 1150 V, DMC 1450 V e também o novo DMC 1850 V.

As máquinas trabalham a plena capacidade, usinando moldes de sopro por extrusão de alta precisão, que compõem 80% da produção da Leiss. Seus processos de manufatura variam de furação e fresamento de sistemas de refrigeração a desbaste e acabamento. "Beneficiamo-nos da alta estabilidade e precisão das máquinas, que nos permitiu reduzir trabalho de acabamento ao mínimo, especialmente no campo de moldes grandes para máquinas de longo curso", disse Daniel Leiss, referindo-se ao polimento subsequente dos moldes.

O maior modelo da série DMC V foi instalado em julho de 2018 como máquina de teste de campo, que Daniel Leiss considera ser a adição perfeita: "Com o DMC 1850 V, a DMG Mori adaptou um conceito de máquina testado e comprovado aos requisitos de qualidade crescentes ao usinar componentes maiores e mais pesados." O centro de usinagem vertical expande para 1.850 mm de cursos no eixo X, e 700 mm e 550 mm respectivamente nos eixos Y e Z. Capacidade máxima de carga é 3.000 kg.

Segundo Daniel Leiss, o DMC 1850 V idealmente atende aos requisitos do fabricante de molde e matriz. "Estabilidade da máquina aplica-se tanto a usinagem 2.5D e furação quanto a desbaste 3D. Com sua precisão e dinâmica, a máquina também impressiona para acabamento fino 3D e é portanto adequada para uso em todas as fases de produção de ferramentas", disse ele. Após apenas alguns meses de teste de campo, o DMC 1850 V estava sendo usado em operação de dois turnos e tem performado confiavelmente desde então.

VMC com Mesa Basculante

A Mazak Corp., Florence, Ky., continua a expandir sua linha de VMCs projetada e construída em Kentucky com o Centro de Usinagem Vertical VC-500A/5X que apresenta mesa basculante estilo luneta. O VMC é projetado para processamento preciso, custo-efetivo de peças pequenas e complexas via usinagem de cinco eixos completa. O VC-500A/5X junta-se a VMCs da Mazak que incluem capacidades de usinagem de três, quatro e cinco eixos com probing onboard para localização de peça e inspeção de características. O VC-500A/5X apresenta o CNC Mazatrol SmoothX, facilitando geração de programas para produção de peças complexas.

Funções avançadas do VC-500A/5X permitem garantir os menores tempos de ciclo de usinagem possíveis, especialmente em programas de incrementos finos para operações simultâneas de cinco eixos e usinagem de molde-matriz free-form, disse a empresa. Estas funções incluem controle feed forward de alto ganho, velocidades rápidas de eixo rotativo, controle de aceleração variável, e fresamento de bolso inteligente. Software especial de design de engrenagens e unidade de metrologia podem ser integrados em processo de usinagem de engrenagens closed-loop.

Cursos dos eixos do VC-500A/5X acomodam tamanhos de peça até 19,88" (505 mm) de diâmetro e 12" (305 mm) de altura. Velocidades de deslocamento rápido para estes três eixos lineares são 1.181 ipm (30 m/min). O VC-500Z/5X é equipado com fuso CAT-40 de alta performance 12.000 rpm para usinagem de todos materiais comuns, incluindo aço, alumínio e ferro fundido. Velocidades de fuso opcionais de 15.000 rpm e 20.000 rpm estão disponíveis.

Um ATC de 60 ferramentas ajuda reduzir tempo de setup, permite ferramentas redundantes e fornece operações não tripuladas, ininterruptas aumentadas. Este processo dá às job shops opção de alta precisão e custo-efetivo para usinar engrenagens de lotes pequenos a médios com ferramentas padrão.

Automação de Máquina Única

Com espaço no chão de fábrica a prêmio, máquinas de footprint pequeno são amplamente valorizadas, assim como automação que pode otimizar espaço disponível. Sistemas de automação single-machine para centros de usinagem verticais oferecem solução produtiva para pequenas oficinas com capacidade de atender demandas de produção em mudança com sistemas expansíveis, custo-efetivos. Requerem footprint mínimo e fornecem operação lights-out, mantendo fusos da máquina no corte enquanto operadores estão livres para carregar novas peças, realizar verificações de controle de qualidade ou atender várias outras tarefas da oficina.

Quando se trata de automação, OEMs de máquinas-ferramenta, como Mazak, percebem que tamanho único não serve para todos e continuam a desenvolver sistemas de automação escaláveis. Tais sistemas são escaláveis em tamanho, custo e capacidade, ainda fornecendo benefícios típicos de qualquer forma de automação — aumento de saída de máquinas e mão de obra — essencialmente fazendo mais com menos.

Aqui está como a Mazak dimensiona os benefícios de automação single-machine. Comparado com sistemas de automação mais expansivos, sistemas de automação single-machine têm footprints dramaticamente menores, e em muitos casos de job shop isso é tudo que é necessário.

Sistemas de automação single-machine de hoje são tipicamente soluções padronizadas, ainda flexíveis e expansíveis. Por exemplo, sistema de automação Multi Pallet Pool (MPP) da Mazak dá às oficinas opção de três configurações diferentes, abrigando 6, 12 ou 18 paletes. O sistema funciona através de diferentes métodos de produção e o operador pode configurar sistema MPP para rodar peças low-mix/high-volume ou peças de corrida curta com trocas frequentes.

Inicialmente, uma oficina poderia começar com MPP de seis paletes composto por duas fileiras de três paletes. Este sistema de dois níveis poderia expandir para seis paletes em cada fileira para pool total de 12 paletes. Para sistema de 18 paletes, o MPP cresceria para três fileiras de seis paletes. Independentemente de configuração, o tamanho do MPP em termos de footprint permanece pequeno, economizando valioso espaço no chão de fábrica.

Um trocador MPP de seis paletes emparelhado com VMC de cinco eixos Mazak Variaxis i-600, por exemplo, usa 29% menos espaço no piso que sistema linear de seis paletes enquanto fornece mesma capacidade. Comparado com sistema de 12 paletes, o MPP reduz requisitos de espaço no piso em 44%. E quando usado com VMC de cinco eixos Mazak Variaxis i-700, MPP de seis paletes é 44% menor que sistema de seis paletes linearmente arranjado, e sistemas MPP de 12 e 18 paletes precisam de menos da metade do espaço.

Em contraste com outros sistemas de automação, o MPP usa paletes reais da máquina em vez de adicionais colocadas sobre o palete existente da máquina. O MPP do Variaxis i-600 apresenta palete de 400 mm² que suporta carga máxima de 300 kg em dimensões até 600 mm de diâmetro e 425 mm de altura.

O palete MPP do Variaxis i-700 é quadrado de 500 mm e tem capacidade de carga de 400 kg. O MPP opera com mesmo sistema de fixação de palete que um trocador de duas paletes típico instalado em máquina-ferramenta. Dentro do MPP, um robô acionado por servo pega e coloca paletes dentro e fora da máquina.

O MPP usa o mesmo software Smooth PMC que controla o extenso Sistema de Automação Palletech multi-máquina da Mazak. O controle da máquina-ferramenta exibe o software que roda em uma unidade controladora de célula separada. Software Smooth PMC torna fácil monitorar o sistema de usinagem automatizado de quase qualquer lugar usando smartphone, PC ou tablet. O software também permite oficinas mudar cronogramas on-the-fly, gerenciar arquivos de programa de peça, rastrear vida/quebra de ferramenta bem como emitir instruções para o chão de fábrica.

Do Desenho à Peça Mais Rápido

Você esperaria que Hurco Companies Inc., que inventou programação conversacional, seria líder em agilizar processo de ir do desenho à peça mais rápido com centros de usinagem CNC. E é.

VMCs da Hurco variam do modelo compacto de valor VM CNC VMC até máquinas da série VMX de cinco eixos, e para maiores peças aeroespaciais a série DCX de centros de usinagem de coluna dupla com eixos X de 2 e 3 m. VMCs da Hurco são usadas para fabricar peças para indústrias automotiva, aeroespacial, equipamentos médicos, energia, ferramentas de injeção e molde, transporte e eletrônicos.

Em seus centros de usinagem CNC high-end, a Hurco oferece controle dual-screen para processamento mais rápido e fácil. Um Data Block Search ajuda operadores editar programa de peça para corrigir uma característica, por exemplo. Em vez de buscar através de linhas de código, o programador usa tela gráfica para selecionar a característica da peça que precisa ser editada e a linha de código correspondente aparece na outra tela para que a mudança possa ser feita rapidamente.

Recurso de Programação Concorrente da Hurco é aprimorado com controle dual-screen. Enquanto o centro de usinagem está rodando uma peça, o operador pode programar a próxima peça sem interromper o ciclo de usinagem.

Transferência DXF permite ao operador importar imagem CAD, selecionar características desejadas, e o controle CNC WinMax cria automaticamente o programa. O programa de peça pode ser verificado na tela com sistema de gráficos de verificação da Hurco, que inclui renderização 3D sólida do caminho de ferramenta com rotação dinâmica e exibição de ferramenta em tempo real para que a peça possa ser vista de qualquer ângulo sem ser forçado a redesenhá-la.

Recentes recursos de controle e software da Hurco são projetados para agilizar tudo desde otimização de tempo de ciclo até captura de informação de ferramentas. UltiMotion reduz tempo de ciclo em até 30%, o que, segundo Hurco, aumenta significativamente qualidade de acabamento de superfície.

UltiMonitor permite monitoramento remoto da máquina de qualquer navegador web, ou é possível ver tela do controle ou vídeo de câmera USB na máquina. Comprimento Absoluto de Ferramenta permite setup de ferramenta ser independente da peça e máquina. Como resultado, informação de ferramenta só precisa ser capturada uma vez, permitindo a ferramenta ser usada em outros centros de usinagem, facilitando uso de presetter de ferramenta offline. Além disso, Otimização de Troca de Ferramenta analisa programa de peça e automaticamente reduz número de trocas de ferramenta rearranjando programa para eficiência ótima.

Capacidade VMC Plena

O familiar FANUC RoboDrill imita capacidade de centro de usinagem vertical de realizar fresamento, furação, rosqueamento, faceamento, bolseamento e ranhuramento — tudo que um VMC pode fazer, disse Ken Corklin, gerente de produto RoboDrill, Methods Machine Tools Inc., Sudbury, Mass.

"O RoboDrill compete muito bem com VMCs de 20 x 30" e 20 x 40" e pode fazer mesma quantidade de trabalho que VMC 40-taper 20 x 30" e fazer 15-50% mais rápido. Razões são troca de ferramenta rápida, liga/desliga de fuso rápido, e motores de alta taxa de aceleração. Mesmo se um 40 taper pode fazer desbaste mais pesado, o RoboDrill vence em ranhuramento, rosqueamento, furação, bolseamento e interpolação circular. Com desbaste, RoboDrill é usualmente 15% mais rápido; sem desbaste até 20-40% maior", disse ele.

Há mais de 7.000 RoboDrills instalados na América do Norte, com cerca de metade em job shops e metade em oficinas específicas de indústria. Aplicações incluem usinagem de alta velocidade de alumínio para peças aeroespaciais, titânio e cobalto-cromo para peças médicas e de armas bem como engenharia geral.

"Tecnologia de fuso BIG Plus deu ao RoboDrill estilo C-frame 30-taper área de contato de superfície que permite tomar cortes mais pesados, de alta qualidade, e fazê-lo em velocidades relâmpago — algo que máquinas 40-taper têm dificuldade em igualar", disse Corklin. "Por exemplo, RoboDrill é capaz de fazer trabalho típico de molde e matriz ou aplicações médicas com fresa de topo esférico de alta velocidade com taxas de avanço de 200 ipm (50 m/min) ou mais por causa de suas taxas rápidas de aceleração/desaceleração."

RoboDrill está disponível em três tamanhos: short bed, medium bed e long bed com o mais recente controle FANUC 31i-B5 Nano CNC. Deslocamentos X/Y/Z no modelo short bed são 300 x 300 x 300 mm; 500 x 400 x 330 mm no modelo medium; e 700 x 400 x 330 mm no long bed. Taxas de deslocamento rápido são 2.125 ipm (54 m/min) em todos três modelos. Fusos BIG Plus são 10.000 rpm e 24.000 rpm com ATC de 21 ferramentas.

As mais novas adições ao RoboDrill incluem servomotor para o torre, que reduz tempo de ciclo, bem como recursos como Ai Overlap, que permite movimentos de raio de arco no eixo Z para tempo de ciclo reduzido em vez de cantos de 90° requerendo parada. Touchscreen iHMI da FANUC permite uso crescente de apps, como Go Probe da Renishaw.

RoboDrills são projetados para combinar seamlessly com robôs FANUC para pacotes de automação padrão ou soluções de automação customizadas. Methods tem número de soluções de automação padrão "bolt-on" na nova série Plus, incluindo Plus K.

O Plus K permite o RoboDrill rodar sem supervisão através de trocador de ferramenta automático estendido e trocador de palete automático. Soluções de automação customizadas têm sido foco da Methods Automation por anos, segundo a empresa.

Com controle FANUC 31iB5, o RoboDrill é capaz de cinco eixos. Opções como AICCII e lookahead de mil blocos tornam-no capaz de contorneamento de alta velocidade e usinagem. Seu tamanho e aceleração de 1,5 g tornam-no altamente manobrável e capaz de reduções de tempo de ciclo de 15-50% comparado a VMCs padrão, segundo Corklin.

VMCs de Guia Linear e Box Way

Muitos construtores de máquinas-ferramenta agora inclinam-se exclusivamente para máquinas de guia linear. Mas Doosan Machine Tools America, Pine Brook, N.J., oferece tanto VMCs de guia linear quanto box way, proporcionando ampla gama de opções de usinagem.

A Série DNM apresenta guias lineares, fusos BIG Plus 40- e 50-taper (que vêm padrão em VMCs Doosan), e velocidades de fuso de 8.000-15.000 rpm. O modelo S é equipado com 15.000 rpm e rapids mais rápidos. Deslocamentos no eixo X variam de 20,5" a 85" (520-2.160 mm) na linha de modelos.

Para usinagem mais pesada em materiais mais duros, a Série Mynx apresenta design box way, fusos BIG Plus 40- e 50-taper com cabeça engrenada ou acionamento direto, dependendo do modelo, e faixa de 6.000 a 12.000 rpm.

Para oficinas de produção, modelos incluem Série VC com trocadores de palete rotativos, e DMP 500/2SP com fusos gêmeos e dois trocadores de ferramentas. O DMP tem mesa de 47,2 x 20,5" (1.200 x 520 mm) e magazine de até 40 ferramentas acessível por cada fuso em aproximadamente mesmo footprint que máquina de fuso único. Cada fuso pode ser ajustado ligeiramente com eixo W para evitar necessidade de alinhamento perfeito de fixação ou alturas de fixture.

Verticais de cinco eixos da Doosan incluem DNM com mesas luneta de dois eixos integradas na plataforma da máquina. Com mesa rotativa emparelhada com fuso 40-taper, acionamento direto, 12.000 rpm, a máquina oferece step up de um VMC padrão.

Finalmente, máquinas DVF de cinco eixos oferecem solução mais totalmente integrada, com mesa de cinco eixos estilo cantilever ou estilo luneta. VMCs VCF Série de mesa fixa de cinco eixos oferecem mais em faixa de peça já que deslocamentos da máquina e tamanho de mesa são maiores. Os eixos adicionais estão no fuso de cabeça rotativa B-axis ou no eixo rotativo above-table embutido.

Checklist para Avaliar VMCs Avançados

Os mais recentes modelos de centros de usinagem verticais chegando ao mercado têm recursos avançados, atributos de construção, e componentes que contribuem para níveis de confiabilidade e eficiência nunca pensados possíveis em um VMC. Segundo Ellison Technologies, provedor de soluções de usinagem para operações de corte de metal norte-americanas e suas afiliadas globais, aqui estão algumas das características e capacidades mais novas que você vai querer incorporadas em seu próximo VMC.

Para discussão de características favoráveis de VMC, refira-se a "New Generation VMCs Are More Productive and Efficient Than Ever", Manufacturing Engineering, junho 2017, que inclui esta informação: "Revise como a máquina é construída para que em 10, 15 talvez até 20 anos, ainda esteja rodando tão precisamente quanto o dia que você a instalou. Verifique se o fabricante usa análise de elementos finitos (FEA) para projetar os fundidos para seu cabeçote de fuso, base, coluna e sela. A ideia é obter as harmônicas naturais da estrutura fora da faixa operacional da máquina.

"Também certifique-se que o método de fundição usado é licenciado pela organização Meehanite Worldwide. Este processo patenteado demanda os procedimentos de produção de ferro de mais alta qualidade, fornecendo rigidez a longo prazo, capacidade de corte heavy-duty e amortecimento de vibração adequado sobre a vida da máquina.

"Outros destaques de construção de máquina de qualidade incluem coluna de pirâmide arqueada que é raspada manualmente na base, fazendo os dois fundidos comportarem-se quase como um, também assegurando geometria de máquina apertada que reflete em precisão de peça. Mancais de fuso cerâmicos de alta qualidade, fusos de esferas duplamente ancorados pré-tensionados, e guias de movimento lineares de roletes estão entre outros aspectos de construção a considerar. Guias de roletes têm três vezes a rigidez e duas vezes a vida de guias de movimento de mancais de esferas.

"Sobre uma estrutura sólida, examine componentes adicionais, como fusos, sistema de refrigerante e mecanismo de transporte de cavacos. Todos estes contribuem para eficiência. Procure recursos como fuso dual-contact (taper/face) como BIG Plus, monitoramento de carga de ferramenta, refrigerante through-spindle e controle de taxa de avanço adaptativo para aplicação de ferramentas ótima e tempo de ciclo. Além disso, entenda como a máquina é projetada para lidar com calor. Arguably o maior avanço nos últimos anos é a aplicação de variedade de melhorias de estabilidade térmica."