Automação coloca a produção de peças de foguete em órbita

O advento das empresas privadas de desenvolvimento de veículos espaciais transformou o ambiente de fabricação de componentes de foguetes e satélites. Anteriormente, organizações governamentais, incluindo a NASA e o Departamento de Defesa dos EUA, patrocinavam a maioria da fabricação relacionada ao espaço. Agora, empreendedores endinheirados por trás da Blue Origin, SpaceX e Virgin Galactic estão impulsionando a próxima geração de progresso da tecnologia espacial.

O crescente negócio de espaço privado constitui uma nova indústria com novos relacionamentos, novos requisitos e novas oportunidades para os fabricantes.

Gray Manufacturing Technologies é um fornecedor beneficiado. A oficina sediada em Denver, Carolina do Norte, aproveitou essas oportunidades com sua aplicação de usinagem avançada e, mais importante, tecnologia de automação para atender às crescentes demandas da indústria de voos espaciais.

O mix de produtos da Gray é alto e os volumes de peças individuais são baixos. “A grande maioria de nossos negócios é aeroespacial [aeronaves] ou componentes espaciais e de satélite”, disse Gary Holcomb, presidente e CEO da Compass Precision, empresa controladora de Gray. “A maioria dos trabalhos são de cinco a 10 peças, e a maioria é diferente dos trabalhos anteriores. Eles não são exatamente protótipos, mas são peças complicadas em volumes muito pequenos, e enviamos mais de 100 trabalhos por mês.”

Como as empresas de veículos espaciais modificam e aprimoram constantemente suas tecnologias, as mudanças de engenharia são frequentes. “Podemos fazer cinco peças para um cliente, então eles podem encomendar mais cinco peças, mas com dimensões diferentes”, explicou Holcomb. “Há avisos de mudanças frequentes e muitas mudanças nos cronogramas de produção. Podemos receber seis pedidos daqui a três meses, mas uma semana depois eles precisam de dois pedidos antes, enquanto outros dois são retirados do cronograma de produção.”

A automação provou ser um componente-chave da abordagem da Gray para serviços de usinagem de produtos espaciais e satélites. “Quando falamos pela primeira vez sobre automação, estávamos analisando a questão de capacidade”, disse Evan Grose, gerente de operações de manufatura da Gray. “Não tínhamos espaço para carregar a mesma peça várias vezes no mesmo palete.”

Para aumentar o tempo de atividade do fuso e a flexibilidade de produção, a fábrica adquiriu dois centros de usinagem MILL E 700 U de cinco eixos da GF Machining Solutions LLC, Lincolnshire, Illinois, situados em uma célula que inclui um robô modular System 3R Transformer juntamente com um robô de 12 estação de carregamento de paletes. O robô anda em um trilho para trocar paletes dentro e fora das máquinas, bem como carregar e descarregar paletes offline na estação de carregamento. Esses recursos combinados fornecem operações estendidas de luzes apagadas em Gray.

A automação da GF Machining Solutions permite que a Gray lide com eficiência com sua carga de trabalho de baixo volume/alta mistura. “A flexibilidade do equipamento é muito importante”, disse Holcomb. “Durante o dia, concentramos nossos recursos em fazer trabalhos de uma, duas ou cinco peças para clientes espaciais. Então, antes de irmos para casa, pegamos o trabalho não espacial - basicamente trabalhos aeroespaciais de alto volume que já estão programados - e o executamos à noite. Utilizamos o que os MILL E 700s oferecem em termos de programação para lotes complicados e muito pequenos durante o dia e, em seguida, usamos os recursos de automação para o volume um pouco mais alto, trabalho fora do espaço que executamos.”

Ao contrário dos sistemas multi-palete típicos que podem limitar a quantidade de produção não planejada ao que é carregado nos paletes antes que as luzes sejam desligadas, o sistema robótico Transformer remove paletes com trabalho concluído da máquina e os substitui por paletes carregados. Em seguida, ele descarrega e recarrega as peças nos paletes ociosos enquanto a usinagem continua ininterrupta. “Nós nos referimos a isso como automação para automação”, disse Holcomb.

Para operação autônoma, a detecção de quebra de ferramenta é definida no programa de usinagem. Se uma ferramenta quebrar, a máquina para e troca a ferramenta. As máquinas MILL E 700 U têm armazenamento de ferramentas mais do que suficiente para suportar a operação não supervisionada estendida da Gray, com compensação de desgaste da ferramenta e substituição de ferramentas redundantes indicadas no programa conforme necessário.

“Nós seguimos o caminho da automação devido à crescente complexidade do nosso trabalho e porque é mais difícil encontrar funcionários com as habilidades técnicas certas”, explicou Holcomb. “Escolhemos o robô Transformer robusto em vez de um robô articulado porque a capacidade do centro de usinagem de fazer movimentos complexos torna desnecessário o uso de um robô totalmente articulado”, acrescentou.

A alternativa ao sistema de automação robótica seria mais máquinas, disse Holcomb, “e dependendo de quantas máquinas estão em uso, mais pessoas também, porque não podemos esperar que um operador execute sete ou oito máquinas. Com base em nossos níveis de pedidos atuais e sem a robótica, precisaríamos de pelo menos mais três máquinas para um total de cinco e mais duas pessoas. E neste ponto do nosso negócio, é mais difícil encontrar as pessoas do que adquirir as máquinas.”

Embora os volumes de peças atualmente sejam baixos, volumes mais altos são esperados que permitirão que a oficina explore totalmente os recursos das máquinas de cinco eixos Mikron MILL e do sistema robótico de paletes. “Volumes mais altos neste caso não significam milhões de peças”, disse Holcomb, “precisamos de algumas dezenas de peças em vez de cinco a 10”.

A automação se tornará mais importante à medida que o negócio de veículos espaciais comerciais crescer e amadurecer. De acordo com Holcomb, a fábrica está passando por uma migração para volumes maiores de peças já programadas. Isso significa menos demanda por programação e mais demanda por tempo de máquina estendido que a célula automatizada GF Machining Solutions oferece.

Holcomb continuou dizendo que a velocidade de usinagem, além da automação, é fundamental para a produção bem-sucedida de componentes aeroespaciais e de veículos espaciais – a maioria dos quais requer o processamento de peças complicadas de alumínio em altas rotações.

Além das duas máquinas na célula automatizada, a Gray possui um Mikron MILL E 500 U e um MILL S 600 que apresentam carrosséis de sete paletes. Uma máquina tem um fuso de 36.000 rpm, a outra de 20.000 rpm.

Contribuindo para a capacidade de resposta e eficiência da fábrica, a Gray está comprometida com uma abordagem de “configuração única” para usinagem, de acordo com Jerry Soots, ex-gerente geral e presidente da Gray Manufacturing e agora consultor. Para atingir esse objetivo de produção em uma fresadora de cinco eixos, explicou Soots, Gray deixa abas estrategicamente posicionadas de 0,005" a 0,010" de espessura nas peças brutas e prende o trabalho em um encaixe de cauda de andorinha que permite a usinagem de todos os recursos da peça.

A fixação proporciona bastante distância entre a parte inferior da peça e a máquina. Por causa disso, a oficina pode alcançar os recursos abaixo e usinar em todos os ângulos. Uma vez finalizada a peça, ela é medida em uma CMM; quando está em conformidade, eles usinam as guias.

A crescente indústria de fabricação de espaço privado está criando novos relacionamentos entre as empresas de naves espaciais e seus fornecedores. Trinta anos atrás, os fornecedores tiveram que apresentar suas capacidades para as empresas aeroespaciais, que geralmente não estavam procurando fornecedores ativamente. A menos que um componente fizesse parte de um novo programa de aeronaves, as alterações no projeto da peça eram raras.

“Hoje, as empresas espaciais comerciais estão fazendo tudo em tempo real”, disse Holcomb, “é uma mentalidade completamente diferente. Eles estão procurando agressivamente por fornecedores qualificados que possam responder ao seu fluxo constante de novos produtos e mudanças contínuas de design.

“As últimas certificações ISO e AS 9100D são as qualificações mínimas. Você tem que ser muito competente tecnicamente. Você precisa ser capaz de fabricar essas peças exigentes em volume relativamente baixo, às vezes em alumínio, às vezes em materiais mais difíceis. Você precisa ser ágil o suficiente para acomodar a fluidez que eles exigem na programação da produção. Nossas fresadoras de cinco eixos e automação da GF Machining Solutions desempenham um papel fundamental para atender a todas essas demandas.”

Para obter informações sobre Gray Manufacturing Technologies, visite gray-mfg.com ou ligue para 704-489-2206. Para obter informações sobre a GF Machining Solutions, visite www.gfms.com ou ligue para 800-282-1336.