Automação Inteligente para Torneamento de Alto Mix, Baixo Volume: Aumente Eficiência e Flexibilidade

A automação para aplicações de torneamento existe há décadas; alimentadores de barras, carregadores gantry e carregadores robóticos são dispositivos de automação convencionais. Todos são ferramentas eficazes em aplicações de médio a alto volume. Mas a adaptação às pressões de mercado força continuamente os fabricantes de CNC a lotes menores, manuseando uma gama mais ampla de formas e tamanhos de peças. Essa progressão traz novos desafios:

• Como tamanhos de lote menores afetam a escolha ideal de automação para aplicações de torneamento?
• Que tipo de automação é mais adequado para processar uma variedade de tamanhos e formas de peças?
• Quais são as melhores práticas para obter o máximo do investimento em equipamentos?

A Necessidade de Automação

Vamos dar um passo atrás e olhar para o propósito básico da automação no chão de fábrica. Ela proporciona maior utilização de equipamentos? Maior capacidade de produção? Custos de manufatura mais baixos? Custos de mão de obra mais baixos?

A maioria dos gerentes de oficina diria que a razão real — o impulso número 1 para automatizar — é a falta de mão de obra confiável e qualificada. Sem a mão de obra para administrar o negócio, ele será um negócio menor ou estará fora do mercado. Reduzir os requisitos de mão de obra deve estar na vanguarda de qualquer projeto de automação, especialmente na manufatura de alto mix e baixo volume.

Mas muitos gerentes de oficina dizem que relutam em investir em equipamentos que reduzem a mão de obra. A razão para essa decisão provavelmente é impulsionada pela tendência de subestimar o custo da mão de obra e superestimar o custo do equipamento.

Um torno CNC de $250.000 pode parecer claramente mais caro do que um operador a $15/hora. No entanto, adicionando o custo de benefícios, impostos e treinamento, o custo líquido do operador é de cerca de $21/hora. Se a mão de obra não está disponível para expandir o negócio, no entanto, o valor é significativamente maior. Amortizando o custo do torno CNC ao longo de 15 anos e adicionando o custo de financiamento, manutenção, energia e aluguel, o torno CNC custa cerca de $3/hora para possuir 24 horas por dia, sete dias por semana, 365 dias por ano. Investimentos que reduzem os requisitos de mão de obra podem ter um preço alto no início, mas geralmente fornecem uma taxa de retorno excepcional.

Alto Mix, Baixo Volume

Alto mix significa muitos tipos diferentes de peças: barras, eixos, slugs, lingotes, fundidos e forjados com muitos tipos diferentes de características.

Baixo volume representa pequenas quantidades de lote. Mas a definição de "pequeno" depende de quem está perguntando. Em vez de focar no número de peças em um lote, muitas vezes é melhor considerar quanto tempo leva para executar o lote, ou talvez qual porcentagem do tempo do lote envolve setup. Se o tempo de setup for mais de 10% do tempo de execução do lote, o trabalho está no reino da manufatura de baixo volume.

Essas definições importam porque a manufatura de alto mix depende de equipamentos de manufatura flexíveis, enquanto a manufatura de baixo volume deve ter tempo de setup baixo. Quando a manufatura é de alto mix e baixo volume, fazer a melhor escolha de equipamento pode ser desafiador. As oficinas precisam olhar para o quadro geral e considerar cuidadosamente o custo e a disponibilidade de mão de obra versus o custo do equipamento. Isso os ajudará a fazer melhores escolhas nos tipos de tornos e automação que funcionarão melhor para qualquer instalação.

Opções de Torno para Alto Mix, Baixo Volume

Subestimar a necessidade de reduzir a mão de obra é o maior erro que as oficinas cometem ao escolher um torno para manufatura de alto mix, baixo volume. Eles muitas vezes evitam capacidades de fresamento em favor de adicionar uma operação a uma fresadora existente. O custo extra para o contra-fuso, ferramentas de troca rápida ou garras pode fazer esses recursos parecerem luxos desnecessários.

Mas gerentes de oficina raramente se arrependem de comprar opções caras que reduzem a mão de obra. Opções de máquina que reduzem a mão de obra do operador quase sempre terão um alto ROI. Garras de troca rápida, collets de troca rápida e ferramentas de troca rápida devem ser instaladas em qualquer torno que realize trabalho de alto mix, baixo volume. Opções que fornecem a flexibilidade para rodar peças em uma única máquina, "one-and-done", também terão um ótimo ROI.

O Contra-Fuso "Indispensável"

Quase todas as peças torneadas requerem duas operações. Ao automatizar tornos, o contra-fuso é uma opção particularmente benéfica, cujo valor é frequentemente ignorado ou mal compreendido. Mesmo que o torno só faça trabalho de barra e o contra-fuso apenas permita a remoção do rebarba de corte, o contra-fuso se pagará ao longo da vida da máquina versus um operador recarregando as peças ou retificando a rebarba manualmente.

Automatizar uma aplicação de garras é onde um contra-fuso realmente paga dividendos. Sem um contra-fuso, um robô ou carregador gantry típico só é capaz de completar uma única operação por vez. Após a primeira operação ser concluída, o operador deve configurar as garras do mandril para a segunda operação, virar as peças e recarregá-las de volta na entrada.

Ao decidir se deve adicionar um contra-fuso, estas perguntas devem ser consideradas:

• Todas as peças a serem feitas ficarão na entrada com a face acabada para baixo?
• As peças requerem indexação angular da primeira para a segunda operação, e a entrada será capaz de manter a indexação de forma confiável?

Se a resposta a qualquer uma dessas perguntas for não, sem um contra-fuso a segunda operação precisará ser carregada manualmente, aumentando a mão de obra e o custo de manufatura.

Alimentador de Barras, Gantry ou Carregador Robótico

Geralmente, o tipo de trabalho planejado para a máquina dita o tipo de automação a escolher. Alto mix significa que flexibilidade é necessária para uma variedade de diferentes tamanhos e formas de peças. Baixo volume requer tempos de setup curtos para lidar com pequenos lotes. Infelizmente, não há uma decisão clara de automação para aplicações de alto mix, baixo volume. A melhor escolha geralmente será impulsionada pela gama de mix de peças que a automação precisa suportar.

Alimentadores de barras são a escolha de automação mais popular para tornos. Eles são simples, confiáveis e acessíveis. A limitação principal do alimentador de barras é o tamanho da peça, com diâmetro máximo de cerca de 4,75 polegadas (120 mm). Para aplicações de alto mix, baixo volume, alimentadores de barras estilo revista, servo-acionados, de carregamento curto geralmente fornecerão a mais ampla gama de tamanhos de barras com os menores tempos de setup. Para trabalho que se enquadra principalmente nas limitações do alimentador de barras, é uma escolha difícil de bater.

Carregadores gantry são outra tecnologia comprovada de automação de tornos. Carregadores gantry muitas vezes estão disponíveis diretamente do fabricante do torno como uma solução integrada, então há menos preocupação em casar um equipamento de automação complicado a um torno CNC complicado. Em termos de função, um carregador gantry opera muito como um carregador robótico: ele pega uma peça da entrada, carrega a peça no mandril do torno, pega a peça do mandril quando a operação termina e coloca a peça na saída. Um carregador gantry normalmente será configurado com uma garra dupla para aumentar a eficiência. Com uma garra dupla, o robô pode descarregar a peça recém-concluída enquanto segura a próxima peça a processar na outra garra.

Carregadores gantry geralmente podem ser configurados para rodar eixos ou peças de mandril. Tempos de setup podem ser relativamente curtos entre peças semelhantes, mas podem ser bastante longos para ir de um eixo de 2 polegadas por 15 polegadas de comprimento para um disco de 6 polegadas de diâmetro. Outra limitação dos carregadores gantry é que eles podem não ser capazes de lidar com alguns tamanhos e formas de peças. Carregadores gantry frequentemente usam um carregador de empilhamento para discos que requerem que a matéria-prima e as peças finalizadas se empilhem uma sobre a outra.

Carregadores robóticos, há poucos anos, só estavam disponíveis com sistemas totalmente personalizados. Eram sistemas de alto custo, direcionados a aplicações de alto volume e geralmente não adequados às demandas de alto mix, baixo volume. Hoje, vários novos desenvolvimentos tecnológicos tornaram os carregadores robóticos uma opção atraente de automação de torno para aplicações de alto mix, baixo volume.

Carregador Cobot

Robôs colaborativos, ou cobots, tornaram-se uma opção popular porque não requerem medidas de segurança especiais, são portáteis e relativamente fáceis de programar. No entanto, desembalar um novo cobot e adicioná-lo a uma máquina de automação de alto mix, baixo volume produtiva pode ser uma tarefa assustadora. Ajustar garras e projetar e construir entrada, saída, abridores de porta e uma interface para o CNC não são tarefas triviais. Em teoria, um carregador cobot pode processar uma variedade de formas e tamanhos de peças; no entanto, sua eficácia depende de como a entrada, saída e garra são projetadas. Tempos de setup dependem desses mesmos fatores, mas provavelmente serão significativamente mais longos em um sistema caseiro do que em um "produto" de automação.

Carregador Robot-in-a-Box (RIB)

Robot-in-a-box (RIB) é uma nova categoria de automação que está ganhando força rapidamente no mercado. Um RIB combina um robô industrial com um sistema de segurança integrado, garras, entrada e saída flexíveis e uma interface padrão para máquinas CNC populares. RIBs são tipicamente pré-programados e têm uma interface de usuário simples que um operador pode aprender em apenas algumas horas. Um RIB normalmente terá um sistema de entrada/saída mais flexível do que um sistema de carregador gantry. RIBs são frequentemente portáteis, permitindo que uma oficina adapte a automação à melhor máquina para o trabalho. Vários fornecedores de RIB fizeram do baixo tempo de setup e sistemas flexíveis de entrada e saída uma prioridade de engenharia. Por causa disso, RIBs geralmente terão vantagem sobre carregadores gantry em um ambiente de alto mix, baixo volume.

RIB com MultiGrip

MultiGrip é uma nova tecnologia de fixação de peça projetada especificamente para o mercado de automação de alto mix, baixo volume. Esta fixação está disponível no VBX-160, um RIB fabricado pela VersaBuilt Robotics. Embora inicialmente desenvolvido para fresadoras verticais, este produto de fixação encontrou seu caminho em aplicações de torno e traz algumas capacidades únicas sobre garras robóticas tradicionais. Um dos problemas com garras tradicionais de três garras é que elas nem sempre são adequadas para pegar uma variedade de formas. Embora funcionem bem com discos redondos, podem não ser adequadas para eixos longos ou qualquer peça que não tenha uma superfície redonda para prender.

A garra robótica MultiGrip não pega peças como uma garra tradicional. Em vez disso, ela pega mandíbulas MultiGrip usináveis e usa essas mandíbulas para pegar peças. As mandíbulas podem ser facilmente usinadas para combinar com uma variedade de formas de peças: eixos, discos e uma variedade quase infinita de formas geométricas. O robô pode então carregar a peça em um collet ou garras de mandril existentes, muito como um carregador robótico tradicional. Este sistema é essencialmente um trocador de ferramentas automático para o robô, reduzindo tempos de setup.

Opcionalmente, o torno pode ser configurado com mandíbulas de mandril intermediárias MultiGrip. Nesta configuração, o VBX-160 pode carregar as mandíbulas e a peça diretamente no mandril do torno para processamento. MultiGrip então atua como um trocador de ferramentas automático para o robô e um trocador de garras de mandril automático para o torno. O VBX-160 pode eliminar outra etapa de setup e permite que o sistema processe múltiplos números de peça em uma única carga. Para aplicações de alto mix, baixo volume, o sistema pode ser carregado no final de um turno com até quatro números de peça diferentes e processará automaticamente as peças, incluindo a seleção dos programas adequados no CNC, para que os operadores sejam recebidos com uma carga de peças concluídas pela manhã.

Um VBX-160 com MultiGrip pode processar eixos de até 6 polegadas de diâmetro e 15 polegadas de comprimento e discos de até 10 polegadas de diâmetro e 6 polegadas de altura.

No geral, o cenário de manufatura CNC está mudando. Clientes exigem peças mais complicadas de oficinas CNC, com prazos de entrega curtos e pequenos tamanhos de lote. Ao mesmo tempo, a mão de obra para configurar e operar máquinas CNC está ficando mais difícil de encontrar. Fazer os investimentos certos em ferramentas, fixação e automação permite que as oficinas atendam melhor às necessidades de seus clientes, reduzam a dependência de mão de obra difícil de encontrar e aumentem o crescimento e a rentabilidade de seus negócios.