Automação Impulsiona Produção de Peças de Foguetes a Novas Alturas

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

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

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

O mix de produtos da Gray é alto e volumes individuais de peças são baixos. "A grande maioria do nosso negócio é ou aeroespacial [aeronaves] ou componentes espaciais e de satélites", disse Gary Holcomb, presidente e CEO da Compass Precision, empresa controladora da Gray. "A maioria dos trabalhos são de cinco a 10 peças, e a maioria são diferentes de trabalhos anteriores. Não são exatamente protótipos, mas peças complicadas em volumes muito pequenos, e enviamos mais de 100 trabalhos por mês."

Como as empresas de veículos espaciais constantemente modificam e melhoram suas tecnologias, 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 mudança frequentes e muita entrada e saída de cronogramas de produção. Podemos receber seis pedidos com vencimento em três meses, mas uma semana depois eles precisam de dois dos pedidos mais cedo enquanto outros dois saem do cronograma de produção."

A automação provou ser um componente chave da abordagem da Gray para serviços de usinagem de produtos espaciais e de satélites. "Quando falamos sobre automação pela primeira vez, estávamos olhando do ponto de vista de capacidade", disse Evan Grose, Gerente de Operações da Gray Manufacturing. "Não tínhamos espaço para continuar carregando a mesma peça repetidamente no mesmo palete."

Para aumentar seu tempo de atividade do fuso e flexibilidade de produção, a oficina adquiriu dois centros de usinagem de cinco eixos MILL E 700 U da GF Machining Solutions LLC, Lincolnshire, Illinois, situados em uma célula que inclui um robô modular System 3R Transformer junto com uma estação de carregamento de 12 paletes. O robô anda em um trilho para trocar paletes dentro e fora das máquinas, bem como para carregar e descarregar paletes offline na estação de carregamento. Essas capacidades combinadas fornecem operações lights-out estendidas na Gray.

A automação da GF Machining Solutions permite à Gray lidar eficientemente com sua carga de trabalho de baixo volume/alto mix. "A flexibilidade do equipamento é muito importante", disse Holcomb. "Durante o dia focamos 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 volume mais alto que já estão programados — e rodamos à noite. Utilizamos o que os MILL E 700s oferecem em termos de programabilidade para os lotes muito pequenos e complicados durante o dia, então usamos as capacidades de automação para o trabalho de volume um pouco mais alto, não espacial, que rodamos lights-out."

Diferente de sistemas multi-palete típicos que podem limitar a quantidade de produção sem supervisão ao que estiver carregado nos paletes antes das luzes se apagarem, o sistema robótico Transformer remove paletes com trabalho concluído da máquina e os substitui por paletes carregados. Ele então descarrega e recarrega peças nos paletes ociosos enquanto a usinagem continua ininterrupta. "Nós nos referimos a isso como automação para a automação", disse Holcomb.

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

"Prosseguimos pelo caminho da automação devido à complexidade crescente do nosso trabalho e porque é mais difícil encontrar funcionários com os conjuntos de habilidades técnicas certos", 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 o uso de um robô totalmente articulado desnecessário", ele adicionou.

A alternativa ao sistema de automação robótica seriam mais máquinas, disse Holcomb, "e dependendo de quantas máquinas estão em uso, mais pessoas também, porque não podemos esperar que um operador rode sete ou oito máquinas. Baseado em nossos níveis atuais de pedidos 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 volumes de peças atualmente sejam baixos, volumes mais altos são antecipados que permitirão à oficina explorar totalmente as capacidades das máquinas Mikron MILL de cinco eixos e sistema robótico de paletes. "Volumes mais altos neste caso não significa milhões de peças", disse Holcomb, "Precisamos de algumas dezenas de peças em oposição a cinco a 10."

A automação se tornará mais importante à medida que o negócio de veículos espaciais comerciais cresce e amadurece. Segundo Holcomb, a oficina está experimentando uma migração para volumes mais altos de peças que já programou. Isso significa menos demanda para programação e mais demanda para tempo de máquina estendido que a célula automatizada da GF Machining Solutions fornece.

Holcomb continuou dizendo que velocidade de usinagem, além de automação, é crítica para produção bem-sucedida de componentes aeroespaciais e de veículos espaciais — a maioria dos quais requer processamento de peças complexas de alumínio em altos RPMs.

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

Contribuindo para a responsividade e eficiência da oficina, a Gray está comprometida com uma abordagem de "configuração única" para usinagem, segundo Jerry Soots, ex-gerente geral da Gray Manufacturing e presidente e agora consultor. Para atingir esta meta de produção em uma fresadora de cinco eixos, Soots explicou, a Gray deixa abas estrategicamente colocadas de 0,005" a 0,010" de espessura em peças brutas e fixa a peça em um fixador de cauda de andorinha que permite usinagem de todas as feições da peça.

A fixação fornece bastante distância entre o fundo da peça e a máquina. Por causa disso, a oficina pode alcançar feições por baixo e usinar em todos os ângulos. Uma vez que a peça está terminada, ela é medida em um CMM; quando está em conformidade, eles usinam as abas fora.

A indústria de manufatura espacial privada em expansão está criando novos relacionamentos entre empresas de naves espaciais e seus fornecedores. Trinta anos atrás, fornecedores tinham que apresentar suas capacidades às empresas aeroespaciais, que geralmente não estavam ativamente procurando fornecedores. A menos que um componente fosse parte de um novo programa de aeronave, mudanças de design de peça eram raras.

"Hoje, as empresas espaciais comerciais estão fazendo tudo na hora", disse Holcomb, "É uma mentalidade completamente diferente. Eles estão agressivamente procurando fornecedores qualificados que possam ser responsivos 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 tecnicamente muito competente. Você tem que ser capaz de fazer estas peças exigentes em volume relativamente baixo, às vezes em alumínio, às vezes em materiais mais difíceis. Você tem que ser ágil o suficiente para acomodar a fluidez que eles requerem no agendamento de produção. Nossas fresadoras de cinco eixos e automação da GF Machining Solutions desempenham um papel chave em atingir todas essas demandas."

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