Alimentadores de barras evoluem para interconectividade

A necessidade de reduzir o custo por peça, melhorar a produtividade, gerenciar a qualidade do produto e obter vantagem competitiva leva os fabricantes a examinar todos os aspectos de seus processos de produção. Para aqueles que usam máquinas de torneamento para fazer peças de barstock, o emprego de alimentadores de barras modernos pode ter um grande impacto no alcance desses objetivos, especialmente agora que os alimentadores de barras entraram na era da Internet Industrial das Coisas (IIoT).

Por muitos anos, o carregamento de barras era puramente uma prática manual que retardava a produção e fazia pouco para manter a qualidade do produto. Havia também um perigo significativo de ferimentos aos operadores de máquinas que poderiam ser atingidos por barras expostas girando em alta velocidade. Na verdade, as primeiras carregadeiras de barras eram simplesmente dispositivos de retenção ou guia que limitavam as velocidades do fuso, produziam vibrações significativas e muitas vezes danificavam peças e máquinas-ferramentas.

Nos anos seguintes, os alimentadores de barras evoluíram de dispositivos principalmente mecânicos para sistemas sofisticados que incorporam servomotores, encoders absolutos e uma variedade de componentes automáticos e autoajustáveis. Esses avanços – às vezes grandes passos à frente, às vezes incrementais – melhoraram constantemente a velocidade de carregamento da barra, suporte, segurança e confiabilidade. Para fornecer as melhores soluções para uma variedade de aplicações, os alimentadores automáticos de barras agora estão disponíveis em versões que acomodam barras de 12 pés, 6 pés e comprimento do fuso e operam com tornos de cabeçote fixo e deslizante (tipo suíço).

A conexão Ethernet

Um dos avanços mais dramáticos na tecnologia de alimentação por barra foi a incorporação da conectividade Ethernet para permitir que o alimentador de barra se comunique bilateralmente com o controlador da máquina CNC. Esse compartilhamento de dados oferece aos fabricantes uma série de benefícios, incluindo a redução do desperdício de material e a possibilidade de trocas automáticas e rápidas de programas de peças.

Permitir a interconexão de máquinas-ferramentas com outros equipamentos de fábrica tem sido um tópico importante na fabricação nos últimos anos. Em alguns casos, as incursões na interconectividade tiveram aplicação prática limitada. No entanto, o sistema de comunicação Ethernet e-Connect, desenvolvido pelo fabricante de alimentador de barras LNS para interconectividade entre o alimentador de barras e a máquina-ferramenta, foi projetado para fornecer soluções IIoT do mundo real para fabricantes de qualquer tamanho, desde produção de alto volume até pequenos lotes, corridas de peças mistas.

Redução de custos de material e mão de obra

Para muitas oficinas, o custo de todas as barras – especialmente materiais como titânio e ligas exóticas – torna a redução do desperdício uma consideração importante. Jogar fora um resquício desses materiais caros é como jogar notas de dólar no lixo. Com o e-Connect, o uso de material é monitorado continuamente e comunicado ao controle da máquina CNC. Quando os dados compartilhados indicam que não há material suficiente para fazer a próxima peça em uma determinada execução, o sistema varre o cronograma mestre de produção para encontrar outra peça na fila que possa ser feita a partir do remanescente. Quando a peça é identificada, a máquina-ferramenta e o alimentador de barras se ajustam automaticamente para fazer a peça ou peças selecionadas. Uma vez esgotada a barra, o alimentador de barras carrega a barra seguinte, e o sistema repete o processo até fazer todas as peças programadas.

Além do melhor uso do material, também há economias substanciais nos custos de mão de obra porque a troca, dentro da faixa de diâmetro, é realizada sem intervenção do operador. Menos toques do operador da máquina melhoram o rendimento, reduzem a possibilidade de erro humano e permitem que um operador cuide de várias estações de trabalho. Esse nível de automação – junto com o monitoramento remoto da integridade do alimentador de barras – também possibilita a produção autônoma e sem luzes, mesmo para lotes de peças mistas.

Para aumentar ainda mais a produção sem luz, o sistema e-Connect fornece monitoramento em tempo real de outros periféricos LNS, incluindo transportadores de cavacos, sistemas de alta pressão, coletores de óleo/névoa e outros dispositivos para produção noturna sem preocupações. Os dados de todos esses dispositivos fluem através do e-Connect, portanto, não há necessidade de linhas de dados dedicadas de cada produto.

Um caso em questão

Um exemplo de uma oficina CNC que usa esse nível de interconectividade para reduzir o custo por peça enquanto atende aos requisitos de entrega just-in-time do cliente é a American Punch (Cleveland, Ohio). A empresa fabrica punções e matrizes de precisão para aplicações de bitola pesada, como componentes de estrutura de ponte e caminhão, bem como peças de bitola mais leve para produtos de consumo, como eletrodomésticos e peças automotivas.

Como os clientes da empresa exigiam lotes menores de 5, 10 ou 20 peças por vez, em vez de grandes volumes, a American Punch teve que repensar seus processos de produção. Uma abordagem era continuar a fazer tiragens longas e estocar o excesso de estoque para entregas futuras. Embora a empresa já tenha estocado várias peças de alta rotatividade para certos clientes, adicionar estoques de peças de menor volume comprometeria capital de giro e espaço físico adicionais.

Esta célula de trabalho usa o sistema de comunicação Ethernet LNS e-Connect, compartilhando dados entre o alimentador automático de barras de comprimento de fuso LNS Quick Load Servo 80 S2 e o cronograma mestre do centro de usinagem Doosan.

Uma solução mais atraente seria agrupar de alguma forma uma família de peças semelhantes que tenham vários comprimentos e executá-las ao mesmo tempo com uma única configuração. O sistema e-Connect torna isso possível comunicando-se com o cronograma mestre de produção integrado da máquina CNC. Assim que a máquina-ferramenta conclui uma execução de peça, ela examina o cronograma de produção, seleciona a próxima peça a ser produzida e envia esses dados para o alimentador de barras. O alimentador de barras consulta então sua Biblioteca de Peças interna, na qual são armazenados todos os parâmetros de centenas de programas de peças. Aqui, ele encontra os dados do programa que correspondem ao escolhido pelo cronograma mestre da máquina CNC e se ajusta automaticamente para a nova execução da peça.

Nesta instalação, o sistema e-Connect reside no LNS Quick Load Servo 80 S2 alimentador de barras totalmente automático, totalmente elétrico, servo-controlado e totalmente automático que carrega barras de 14 a 63 polegadas (para não exceder o comprimento do eixo ) com diâmetros que variam de ¼ de polegada a 3 1/8 de polegada. O operador da máquina carrega o alimentador de barras com barra de aço ferramenta de 1 ½ polegada e executa um programa macro que permite que o controle da máquina CNC e o alimentador de barras mudem de uma família de peças para outra em tempo real.

Uma configuração típica incluiria o carregamento da barra de diâmetro apropriado para fazer várias quantidades de peças de diferentes comprimentos. Por exemplo, usando barras de 1 1/2 polegada de diâmetro para produzir 50 peças de 2.500 polegadas de comprimento, 10 peças de 3.025 polegadas de comprimento, 75 peças de 3.500 polegadas de comprimento e assim por diante. As peças também podem variar em forma. Anteriormente, o operador da máquina carregava as barras e ficava ao lado da máquina enquanto ela fazia um pequeno lote de peças. Ele então redefiniu a máquina CNC e o alimentador de barras para fazer a peça de tamanho seguinte. Agora, o operador simplesmente configura a corrida, carrega a barra e inicia as máquinas. Como a célula de trabalho produz todas as peças mistas sem supervisão, o operador fica livre para cuidar de outras células de trabalho e realizar tarefas adicionais.

Atualmente, a empresa possui quatro células de trabalho que utilizam o sistema LNS e-Connect e alimentadores de barras para produzir mais de 300.000 peças por mês. A mais nova célula de trabalho consiste em um alimentador de barras LNS Quick Load Servo 80 S2 carregando barra em um centro de torneamento com recursos de fresamento, furação e rosqueamento. Além da interface com o alimentador de barras LNS, a máquina CNC também se comunica com um sistema de alta pressão programável ChipBlaster para aplicar a quantidade precisa de refrigerante para cada operação de usinagem.

De acordo com o engenheiro de produção da empresa, “Essas células de trabalho fizeram uma melhoria significativa em nosso custo por peça por meio de operação autônoma e adicionando um turno noturno sem mão de obra. Igualmente importante tem sido a melhoria em nossa capacidade de atender às demandas de entrega de nossos clientes. Sem o sistema e-Connect, estávamos constantemente lutando para acompanhar os pedidos. Agora, não apenas resolvemos o problema do prazo de entrega, como também expandimos nossa capacidade de assumir trabalhos adicionais.”

Soluções personalizadas

Um componente chave no sistema e-Connect para alimentadores de barras é a função Biblioteca de Peças que contém centenas de programas de peças e é mais do que adequada para a maioria dos usuários. No entanto, em alguns casos, o e-Connect pode ser facilmente personalizado para aplicações incomuns. Por exemplo, em uma situação, uma oficina CNC opera milhares de uma família de peças que são todas do mesmo diâmetro e forma, mas variam em comprimento de 2,5 polegadas a 49 polegadas em incrementos de 0,5 polegadas.

A tela do LNS e-Connect mostra o status atual de todos os dados trocados entre o alimentador de barras LNS e a máquina-ferramenta CNC. Os dados são atualizados continuamente para todos os periféricos LNS conectados.

Normalmente, esses programas seriam carregados na Biblioteca de Peças, que ajustará automaticamente todos os parâmetros do alimentador de barras para cumprir o programa da máquina-ferramenta a ser executado. Nesta situação, como a única variável é o comprimento de cada peça, o e-Connect simplesmente transmite apenas os dados de comprimento apropriados diretamente ao alimentador de barras ao mudar de um programa de peça para outro. Como todos os outros parâmetros são os mesmos, eliminar a necessidade de acessar todos os dados do programa de peças agiliza ainda mais o processo de troca. Multiplicar essa economia de tempo por milhares de peças tem um impacto significativo na produtividade.

Hoje e amanhã

Adicionar esse nível de interconectividade aos muitos outros benefícios dos alimentadores de barras pode fazer uma diferença substancial para instalações de qualquer porte que produzam peças torneadas. Ele permite tiragens curtas mais lucrativas e produção de alto volume sem problemas. No futuro, a interconectividade desse tipo aliada à Inteligência Artificial (IA) pode abrir ainda mais oportunidades para reduzir custos de tempo, material e mão de obra.

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