Eleve Suas Operações de Retífica: De Boa a Excelente com Software Avançado e Automação

Como software, automação e avanços em abrasivos estão enviando retífica de peças e ferramentas para overdrive.

Talvez sua empresa especialize-se em componentes aeroespaciais ou médicos, e você precise produzir geometrias complexas em metais duros demais para cortar via métodos de usinagem convencionais. Ou talvez você trabalhe em ou possua uma oficina de ferramentas e cortadores, e busque formas mais rápidas, mais custo-efetivas de produzir brocas, fresas de topo e ferramentas de forma. Seja qual for o motivo, e seja qual for o requisito, você está com sorte. Como com a maioria das tecnologias de metalworking, retífica — mais propriamente chamada usinagem abrasiva — melhorou grandemente nos últimos anos.

Como? Para começar, fabricantes de rebolos desenvolveram novos ligantes e superabrasivos que claramente merecem o título "super", capazes de remover mais material em menos tempo do que nunca. E fabricantes de máquinas de retífica estão entregando equipamentos cada vez mais capazes, rígidos e potentes o suficiente para tirar pleno proveito daqueles abrasivos avançados, enquanto adicionam recursos inteligentes como automação, monitoramento remoto e sistemas de software inteligentes a suas máquinas-ferramenta.

Simplificando, retífica entrou em nova era de produtividade e precisão de peça; se você não está tirando proveito disso, pode estar perdendo oportunidades significativas para melhoria de processo, aumento de qualidade de produto, e impulso no resultado final.

Melhor Controle é Crítico

Um driver chave para isso é escassez de maquinistas qualificados. Isso segundo Shane Farrant, gerente nacional de produto para retíficas na JTEKT Toyoda Americas Corp., Arlington Heights, Ill., que adicionou que tornar a interface homem-máquina (HMI) mais fácil de entender é passo necessário primeiro para minimizar efeitos de força de trabalho menos qualificada.

"Uma HMI mais simples, mais intuitiva é uma das muitas melhorias de máquina que desenvolvemos para nossa linha de retíficas universais, cilíndricas, de virabrequim e comando de válvulas", disse ele. "Isso significa formato amigável ao usuário, com maior dependência em imagens e outros gráficos para auxiliar procedimentos de setup e programação."

Também houve grande impulso rumo a ambiente de trabalho baseado em Internet das Coisas (IoT). Por exemplo, a página de diagnósticos no controle touch TOYOPUC da Toyoda exibe níveis de refrigerante, vibração da máquina, temperatura de óleo — qualquer coisa que possa traduzir-se em qualidade de peça ruim ou criar questão de produção enviará alerta imediato para quem for responsável por consertar. Além disso, é possível coletar esta informação do controle da máquina e enviá-la a banco de dados em rede para análise histórica.

Outro recurso de economia de tempo é geração automática de programas alternativos, que um operador pode chamar se houver problema relacionado a processo. Steve Earley, Gerente de Engenharia de Propostas da JTEKT Toyoda, disse que esta opção de controle conversacional está disponível na retífica de rolos GE6 da empresa, máquina que também se beneficiou de algumas modificações no fundido, motores, e outros componentes, todos projetados para reduzir vibração e aumentar precisão da máquina nesta aplicação especializada.

Os materiais usados para fazer baterias de lítio usadas em veículos elétricos são bastante finos, ele explicou, e os rolos produzindo este material devem portanto ser extremamente precisos, com acabamentos de superfície muito finos. "Quando um operador está configurando a máquina, o controle apresentará um programa generalizado para começar, bem como duas alternativas — uma mais agressiva para tempos de ciclo mais rápidos, e um programa mais conservador que produz melhores acabamentos de superfície", disse Earley. "Baseado nos resultados iniciais, o operador pode facilmente decidir mudar para qualquer conjunto de parâmetros de usinagem que forneça a melhor peça no menor tempo possível."

Menos Operações Requeridas

Larry Marchand, vice-presidente do grupo de perfil na United Grinding North America Inc., Miamisburg, Ohio, concordou com a necessidade de controles fáceis de usar, especialmente à medida que máquinas de retífica se tornam mais capazes. Mas ele disse que há também tremenda demanda através da comunidade de manufatura por work-in-process reduzido e menos operações de usinagem, levando United Grinding e outras empresas a adotar a chamada abordagem "done-in-one" para reduzir tempo de toque do operador e aumentar valor por operação.

Para suportar isso, United Grinding introduziu "processos, operações e recursos adicionais" a retíficas de perfil que eram antes de propósito único. "Clientes querem agregar mais valor em um único manuseio de peça", disse Marchand. "Vimos grande demanda por máquinas com trocadores automáticos de ferramentas, tornando possível retificar a peça e então trazer uma broca ou fresa para completar a peça. Isso elimina operações secundárias, reduz lead time de peça e melhora qualidade."

Isso significa que oficinas de usinagem devem trocar suas máquinas-ferramenta CNC por um super retificador faz-tudo? De jeito nenhum. Assim como máquinas multitarefa fazem um bom trabalho de fresar um slot ou retificar um journal, uma retífica multitarefa pode agora realizar tarefas antes reservadas para centros de usinagem e máquinas furação-rosqueamento — dito isso, nenhum estilo de máquina-ferramenta pode substituir o outro. Como Marchand apontou: "Se você tem peça que é retífica-intensiva, você sempre está melhor com retífica dedicada."

Há várias razões para isso, ele disse. Retífica requer substancialmente mais fluido de corte que operações de fresamento e torneamento, mirado precisamente na interseção da peça e rebolo. Acionar um rebolo que mede alguns pés de diâmetro requer bastante cavalos de força, muito mais que disponível em máquina de cavacos média. Finalmente, manter décimos e acabamentos de superfície de dígito único o dia todo é algo que a maioria das retíficas CNC excel porque são projetadas para otimizar estas operações. Centros de usinagem? Não tanto.

Enfrentando o Material Difícil

Estas capacidades são especialmente relevantes com metais altos em níquel, cromo e cobalto, disse Marchand. "Muito do nosso negócio vem de clientes produzindo peças de Inconel e Rene, materiais que — pelo menos em seu estado endurecido — são quase não-usináveis. Sua única opção é EDM ou retífica, e graças à rigidez, potência e precisão de máquinas de retífica modernas, mais a disponibilidade de superabrasivos que estavam indisponíveis até recentemente, a maioria opta pela última."

Um dos principais fabricantes de superabrasivos é Norton|Saint-Gobain Abrasives, Worcester, Mass. Alfredo Barragan, engenheiro de aplicação corporativo sênior para superabrasivos América do Norte, disse que retífica era uma vez considerada processo "apenas de acabamento", mas, com desenvolvimento de tecnologia de retífica cada vez mais capaz, evoluiu para processo de usinagem mainstream. Para alcançar maior sucesso com este processo, porém, abrasivos igualmente modernos devem ser aplicados.

"Rebolos tradicionais de matriz de diamante ligados por resina ou metal tendem a ser realmente densos", disse Barragan. "Ser denso é bom porque dá estrutura robusta e ajuda a fornecer ligação forte que mantém aquela estrutura junta, mas levanta uma consideração: o rebolo tende a carregar mais rápido, o que a longo prazo reduz produtividade. Rodas de liga híbrida Norton Winter Paradigm resolvem esta questão."

Diz-se que as rodas fornecem combinação de retenção de grão aprimorada com altos níveis de porosidade, assim reduzindo forças de corte. Porosidade mais alta também reduz carregamento — o rebolo retifica mais frio, mais livremente, com menos downtime, ultimamente produzindo mais peças por dia. Dependendo do abrasivo usado, rodas de liga híbrida retificam eficientemente carboneto, cerâmicas avançadas, aços ferramenta endurecidos, e ligas de alta temperatura que Marchand da United Grinding acabou de mencionar.

Há mais nisso que tecnologia de abrasivos, embora. Como as máquinas-ferramenta às quais estão anexadas, as rodas em si estão ficando mais inteligentes, com tags RFID embutidas para melhor gestão de ativos, aquisição simplificada, rastreamento de informação de uso e dressagem, e proteção contra erro do operador.

Nem a Norton|Saint-Gobain restringe seus esforços a produtos abrasivos. Seu sistema de monitoramento e diagnóstico de processo 4Sight fornece funcionalidade IoT similar à discutida anteriormente, com monitoramento real-time brand-agnostic de valores de máquina de retífica como carga de fuso e utilização de máquina, e capacidade de armazenar dados para análise de tendência ou enviar alertas conforme necessário. "Esta é uma das maiores iniciativas do ano para nós, e junto com nossos sistemas de tag inteligente, serve como fundação de nossa solução Industry 4.0", disse Barragan.

Vindo para Sua Tela: V@dison

Eles não estão sozinhos. Vollmer of America Corp., Carnegie, Pa., junto com sua empresa matriz, Grupo Vollmer, está trabalhando em número de ferramentas e serviços projetados para "transformar digitalmente" operações de retífica. Marcados como V@dison, estes incluem tela V@ para visibilidade aprimorada de parâmetros de máquina, V@ check para simulação de processo, V@ boost para otimizar performance da máquina conforme a peça, e V@ guide para manutenção preventiva mais consistente.

Vollmer ainda está nos estágios iniciais desta iniciativa, mas Gerente de Vendas Norte-Americano Shannon Fox disse que ainda há muito fruto de melhoria ao alcance da comunidade de retífica. Chefe entre estes é automação — Fox apontou para capacidades de carregamento robótico de peça e troca de rebolo de sua retífica de ferramentas e cortadores VGRIND 360 como um exemplo, opções que Vollmer e de fato a maioria dos fabricantes de máquinas-ferramenta instalam rotineiramente conforme seus clientes trabalham rumo a manufatura lights-out.

Simulação é outra solicitação rotineira. Embora sistema V@ check da Vollmer ainda esteja em desenvolvimento, Fox notou que software NUMROTOplus oferecido em equipamentos de retífica Vollmer e outras marcas é alternativa madura, bem-aceita. "Simulação está se tornando mais importante à medida que retíficas crescem mais capazes", disse ele. "Os espaços estão mais apertados, geometrias de ferramentas são cada vez mais complexas, e muitas máquinas — nossas incluídas — permitem uso de múltiplos packs de rebolo em um único job, levantando preocupações de interferência. Sem simulação, você corre risco de crashar uma máquina-ferramenta muito cara."

Ver é Crer

Simulação é importante por outras razões também. ANCA CNC Machines, baseada em Melbourne, Austrália, por exemplo, usa para prever desbalanceamento de ferramenta em fresas de topo de passo variável. "Esse é um dos trade-offs com cortadores de alta performance — porque o espaçamento de canais é irregular, eles são inerentemente fora-de-balance", disse Lucas Hale, gerente global de marketing. "Para combater isso, desenvolvemos software de simulação que calcula desbalanceamento e ajusta programa NC para compensá-lo removendo material adicional em localizações estratégicas. A ferramenta sai da retífica perfeitamente balanceada, entregando vida de ferramenta estendida e melhor acabamento de superfície na peça usinada."

Hale concordou com o chamado por automação, incluindo manipulação robótica de peça e rebolo, mas ofereceu número de formas adicionais de bombear produtividade. Onde "grudar" rotineiro do rebolo para remover carregamento era uma vez feito manualmente, ANCA automatizou, reduzindo custos de mão de obra e estendendo vida do rebolo. Software e máquinas da ANCA são ditos fornecer "significativa facilidade de uso", reduzindo tempo de setup. E sistemas de medição baseados em laser fornecem verificação in-process de precisão e geometria de ferramenta de corte, seguida por offsets automatizados ou dressagem de rebolo para compensar desgaste.

E ANCA levou esse processo um passo além. Através de colaboração com empresas como Zoller Inc., provedora líder de equipamentos de presetting de ferramenta, ANCA desenvolveu interface que suporta inspeção automatizada e feedback à retífica CNC — um robô coloca o cortador no presetter, que o mede e envia resultados a sistema de software que ajusta a máquina conforme necessário. Isso "fecha o loop", explicou Hale, e junto com sistemas integrados de gestão de blank, permite clientes "carregar centenas de ferramentas, dar go, e voltar no dia seguinte para ferramentas de corte completas", disse ele.

"Construção básica de máquina também melhorou nos últimos cinco anos ou mais", continuou Hale. "Por exemplo, motores lineares tornaram-se muito mais comuns em nossa indústria. Eles não apenas contribuem para qualidade das ferramentas de corte e portanto qualidade das peças sendo feitas com eles, mas máquinas lineares movem-se muito mais rápido que aquelas com fusos de esferas, reduzindo tempos de ciclo. E como há menos desgaste em componentes de máquina, vida do equipamento é estendida. É por isso que motores lineares praticamente se tornaram componente padrão de qualquer máquina de retífica de alta precisão, alta performance."

Primeira Peça, Boa Peça

Assim como JTEKT Toyoda está abordando escassez de maquinistas qualificados com software de controle mais intuitivo, Rollomatic Inc., Mundelein, Ill., está trabalhando para tornar setups de máquina tanto mais fáceis quanto mais rápidos. Isso porque a maioria dos fabricantes de ferramentas e cortadores não são diferentes de qualquer job shop de corte de metal; eles enfrentam tamanhos de lote menores e lead times mais curtos, tornando tempo de setup porcentagem maior de qualquer corrida de produção. Uma parte da solução? Software melhor.

"Por décadas, oficinas queimaram três, quatro, cinco blanks de peça por setup, gradualmente discando a máquina até obter uma peça boa", disse Eric Schwarzenbach, presidente da Rollomatic Inc. "Mas usando software inteligente, é muito possível reduzir número de peças sucateadas, com zero sendo a meta final. Não apenas isso reduz custos de material, mas tempo de setup também."

O software auxilia o operador fazendo representação 3D da máquina-ferramenta, peça, e rebolo, disse Schwarzenbach, eliminando necessidade de dry run. O operador pode acelerar a animação, desacelerar, voltar ou dar zoom em áreas problemáticas, ajudando-o evitar colisões potenciais entre pack de rebolo e peça. E quando a animação termina e a máquina está realmente fazendo peças, o software trabalha para eliminar "movimentos vazios" e encurta distâncias de segurança ao mínimo.

Software inteligente é ótimo, mas Schwarzenbach foi rápido em apontar que a máquina-ferramenta e seus sistemas relacionados são igualmente importantes. Quanto mais precisa e estável a máquina-ferramenta, mais fácil é atingir dimensão alvo na primeira tentativa. Também, tecnologia de dressagem de rebolo melhorada, procedimentos de calibração automatizados, controles mais rápidos que processam cálculos mais rapidamente, e ligas híbridas de rebolo que são resistentes a desgaste, corte livre, e retêm cantos afiados por mais tempo são críticos. Estes fatores desempenham grande papel em setups mais rápidos e habilidade aprimorada de fazer a primeira peça uma boa peça, com tempos de ciclo mais curtos para completar.

Como outros mencionaram, troca automática de rebolo é outro game-changer de retífica — Schwarzenbach disse que trocadores de alta velocidade da Rollomatic podem trocar pack de rebolo em cinco segundos, arbor-to-arbor, e alcançar tempos grind-to-grind de 11 segundos. O benefício vai além de tempos de ciclo mais curtos, porém. "Se você tem pack com quatro rebolos nele, potencial de colisão é maior que com um ou dois rebolos. Isso complica o setup. Então, se você pode dividir pack grande de rebolo e arcar com os 11 a 12 segundos de tempo de troca de rebolo, então esse é o caminho preferido nos dias de hoje."