Barreiras à operação sem luzes na usinagem de precisão

O que é a usinagem Lights Out — e quão realista é?

Usinagem de luzes é um método de automação de fabricação para minimizar ou eliminar a quantidade de interação humana necessária. Essa ideia de substituir humanos por um gadget ou processo que fará o mesmo trabalho mais rápido, melhor ou mais barato não é nova.

Nos últimos anos, o fascínio da robótica e da automação continuou a crescer, inclusive no campo da usinagem de precisão. A produção de iluminação totalmente automatizada — com seu potencial de aumento de produtividade, maior rendimento, economia de energia e custos de mão de obra reduzidos — é provavelmente o sonho de todo proprietário de oficina mecânica.

Mas a realidade é um desafio, especialmente no mundo da usinagem de precisão. Mesmo com operações que afirmam oferecer uma produção totalmente automatizada e sem luzes, é um pouco fantasioso dizer que qualquer serviço de usinagem de precisão está “funcionando sozinho” o dia todo e a noite toda.

Critérios para Usinagem Viável Sem Luzes

Qualquer operação de fabricação de luzes apagadas - seja na usinagem de precisão CNC ou em algum outro método de produção - precisa ter alguns fundamentos para ser bem-sucedida:

• Todas as máquinas, incluindo ferramentas, periféricos e programação, devem funcionar perfeitamente em conjunto. O equipamento deve ser capaz de suportar operação contínua, de preferência com a capacidade de automonitoramento e autocorreção ou desligamento se surgir um problema.
• O mesmo vale para os mecanismos usados ​​para alimentar material no equipamento, fornecer refrigerante, remover detritos e descarregar produtos acabados.
• E, ao contrário do sonho de “sem necessidade de humanos”, o monitoramento remoto por uma pessoa – novamente, com a capacidade de corrigir pequenos problemas ou desligar o sistema no caso de um problema importante – é uma vantagem adicional.
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Talvez o mais importante, determinar se uma máquina é capaz de operação contínua de luzes requer descobrir se ela oferece o mais alto nível de confiabilidade. A meta é um Cpk ≥1,67 — ou seja, a capacidade de 99,9999% das peças atenderem aos requisitos.

Isso é (literalmente) uma taxa de falha permitida de apenas um em um milhão.

E mesmo que uma máquina possa lidar com a operação de apagar as luzes, a referência aceita geralmente é que as luzes apagadas só são uma solução viável se oferecer um retorno sobre o investimento em dois anos.

Onde a operação Lights Out é usada hoje

Existem muitas aplicações em que a robótica é uma benção, mesmo que apenas parte do processo de fabricação seja automatizado. Em tudo, desde a fabricação de cerveja até a embalagem, de hubs da FedEx a armazéns da Amazon e manuseio de bagagem no aeroporto, a automação desempenha um papel importante em duas circunstâncias:

• Onde quer que ofereça uma confiabilidade em um milhão

OU

• Onde houver a capacidade de autocorreção do processo de maneira econômica

Alguns exemplos comuns

As operações de embalagem automatizadas usam manobras integradas de ir/não ir para garantir a qualidade durante a operação de apagamento das luzes. Por exemplo, uma câmera pode verificar se o produto que sai da linha é bom, e a máquina pode desviar o produto ruim ou desligar-se se ocorrer um problema.

A soldagem a ponto por resistência robótica é amplamente utilizada para operação contínua na indústria automotiva. (Você pode ler mais sobre soldagem a ponto por resistência em nosso site.) Na verdade, é provavelmente a imagem que as pessoas mais pensam quando imaginam robôs trabalhando em uma linha de produção.

Porém, diferentemente da fabricação de uma caixa de papelão, esse tipo de operação requer um nível diferente de controle de qualidade. Afinal, você não pode desviar um carro inteiro porque uma solda é ruim. Como você verifica se um eletrodo não falhou em algum lugar em uma linha de montagem muito longa e complexa?

Aplicativos principais para automação

No Japão, a FANUC Corporation administra o que é amplamente considerado o que há de mais moderno em fabricação automatizada e sem iluminação. Possui robôs operando 24×7 em um complexo gigante de 22 fábricas para produzir outros robôs para clientes como Tesla Motors e Apple. De acordo com o vice-presidente da FANUC Robotics America, Gary Zywiol, “não apenas as luzes estão apagadas, como também desligamos o ar condicionado e o aquecimento”.

A automação também é usada em todos os tipos de processos hostis aos seres humanos. Isso inclui etapas de fabricação onde há problemas de qualidade ou segurança, bem como quando um ser humano não pode trabalhar no ritmo acelerado de uma máquina, como a soldagem a ponto automotiva descrita acima.

Assim, quando o ambiente de trabalho ou tarefa é de alta temperatura ou alta velocidade ou quando envolve substâncias tóxicas, a robótica é uma tremenda vantagem.

Desafios para apagar as luzes na usinagem de precisão CNC

É tudo muito intrigante. Mas, embora não sejamos contra a usinagem com luzes apagadas, permanecemos adequadamente céticos sobre sua viabilidade na oficina de máquinas de precisão, onde a automação contínua não supervisionada continua sendo um desafio.

Materiais usados

Por exemplo, em nosso mundo, a capacidade de fazer usinagem sem luz depende não apenas da geometria da peça, mas também do material usado. Geralmente, um material mais macio – um que não desgasta a ferramenta tão rapidamente quanto um material mais duro ou não cria muitas lascas fibrosas que envolvem a ferramenta – é um candidato melhor para tarefas de iluminação.

Isso significa que com um material apropriado mais macio, você pode configurar sua máquina às 17h para funcionar a noite toda e, pela manhã, retornará a uma cesta cheia de peças que estão dentro da tolerância, sem nenhuma das ferramentas quebradas ou desgastadas.

No entanto, um material mais duro, como o aço inoxidável, não é recomendado por ninguém para usinagem de precisão CNC. Isso porque um material tão duro e resistente pode desgastar rapidamente ou quebrar as ferramentas. Ou você chegará pela manhã a muitas peças que estão fora das especificações, desperdiçando qualquer quantidade de material que carregou na máquina e causando estragos em sua programação de entrega.

Tolerâncias necessárias

As tolerâncias são outra consideração importante. Se você tem uma tolerância de ±0,005” (0,127 mm) e um material confiável, a usinagem de precisão com luzes apagadas não é um problema. Mas se você tiver uma tolerância de ±0,0005” (0,0127 mm) ou menos, você está pedindo problemas.

Isso porque, dependendo do material, o processo vai desgastar a ferramenta. Se você estiver segurando um diâmetro externo (OD) de 0,0002” (0,00508 mm) e executar o processo sem supervisão, de manhã suas peças provavelmente estarão fora de especificação devido ao desgaste da ferramenta.

O que fazer e o que não fazer na usinagem com luzes apagadas

Certos materiais são naturalmente mais apropriados para usinagem de precisão CNC. Por exemplo, latão, liga de alumínio 6061 e certos plásticos que não tendem a produzir lascas longas e fibrosas, que podem envolver a ferramenta, podem ser usados.

Até mesmo o aço inoxidável 303 pode ser tentado para usinagem sem luz. No entanto, primeiro você precisa programar o equipamento para funcionar por algumas horas para testá-lo quanto à tolerância de retenção e verificar o desgaste da ferramenta.

Alguns materiais não são absolutamente apropriados para a produção de luzes apagadas. Isso inclui o queridinho da indústria de dispositivos médicos, o aço inoxidável 304, que é difícil de usinar, produz cavacos fibrosos e lança rebarbas. Além disso, 316, 17-4 e a maioria dos outros aços inoxidáveis ​​são difíceis de usinar e podem danificar suas ferramentas.

As superligas não podem ser usinadas com luzes apagadas, e o titânio nunca, NUNCA deve ser deixado sem vigilância. (Vimos vídeos de uma máquina pegando fogo com faíscas emitidas por peças de titânio - algo que foi muito legal, mas definitivamente não é recomendado!)

Outros obstáculos no escuro

Para usinagem de precisão de milhares e milhares de peças, o conjunto de máquinas de rosca suíças CNC atualizadas da Metal Cutting pode suportar a produção sem luzes, pois podemos carregar o alimentador de barras e configurar a máquina para funcionar automaticamente. Dependendo do diâmetro, podemos carregar até doze barras com diâmetro de 0,630″ (16 mm); com os menores diâmetros de estoque inicial padrão de 0,090” (2,25 mm), podemos carregar ainda mais.

Monitoramento obrigatório

No entanto, a natureza da usinagem de precisão CNC é que, durante um turno normal de oito horas, você ainda precisa de alguém de prontidão para monitorar o carregamento e garantir que tudo esteja funcionando corretamente. Portanto, mesmo em oficinas de precisão que dizem que apagam as luzes, você pode ter certeza de que alguém está lá para garantir que nada dê errado.

Problemas de carregamento de barras

A usinagem de precisão também apresenta desafios no carregamento automático de barras. Primeiro, você deve sempre considerar a tolerância do diâmetro do material que será usinado. Além disso, só porque você tem um carregador de barras não significa que ele vai carregar o material corretamente, e há uma curva de aprendizado em praticamente todos os projetos realizados.

Por exemplo, quando você está trabalhando com peças de menor diâmetro, se a máquina não estiver ajustada perfeitamente, ela pode tentar carregar duas barras de material de uma só vez, com resultados muito ruins.

Manter a ferramenta limpa

Outro requisito é que o processo de apagar as luzes deve incluir ar de alta pressão ou algum outro método de alta qualidade para manter a área de trabalho livre de cavacos para que eles não cortem e embotem a ferramenta. Você também precisa pensar em como descarregar as peças acabadas, levando em consideração o quão delicadas essas peças podem ser, para garantir que não sejam danificadas após a usinagem.

Confiabilidade de luzes apagadas em usinagem de precisão

Não nos entenda mal - não estamos dizendo que a produção sem luz é uma impossibilidade na usinagem de precisão CNC. Mas requer reunir e obter informações de todas as partes interessadas e fornecedores na fase de planejamento, para garantir que você tenha:

• O material perfeito
• O dimensionamento e a geometria apropriados da peça
• Cpk ≥1,67 no equipamento
• Tolerâncias que não sejam tão rígidas que 99,9999% de confiabilidade do processo não seja viável

Mesmo a usinagem mais precisa seria duramente pressionada para fornecer uma confiabilidade em um milhão em toda a ferramenta, carregador de barras, fornecimento de refrigerante e tolerâncias apertadas. Mas se todas essas condições FOREM atendidas, a produção de luzes apagadas pode ser calculada.

Por exemplo, aqui na Metal Cutting, podemos testar qual máquina, ferramenta e material alcançará os resultados especificados em um processo de desligamento automático. Ou podemos testar um processo de semi-luzes, onde programamos uma máquina para produzir peças extras, não em operação contínua durante a noite, mas em meio turno extra após o expediente.

O problema do ROI na usinagem de precisão

Para os fabricantes que fabricam o mesmo produto repetidamente, é viável obter um retorno sobre o investimento dentro do benchmark de dois anos para a produção de luzes apagadas. No entanto, a usinagem de precisão CNC é principalmente sobre a fabricação de muitas peças diferentes em um prazo mais curto.

Isso significa que, para muitas oficinas de máquinas de precisão, simplesmente não há tempo para testar se suas operações podem ser executadas sem luz. Além disso, dois anos é muito tempo para essas oficinas esperarem para ver o ROI, tornando proibitivo o custo de usinagem das luzes…

Aqui na Metal Cutting, todos os dias normalmente cotamos novos projetos de oficina mecânica que exigem de 200 a 20.000 peças. Embora tenhamos trabalhos que duram anos, geralmente não temos projetos que são executados continuamente por dois anos. Portanto, é raro que todos os planetas se alinhem e tenhamos tempo para explorar as opções de produção de luzes apagadas.

No final, a usinagem de tolerância apertada tem tantas variáveis ​​que não pode garantir uma confiabilidade em um milhão, por isso ainda não é adequada para a produção totalmente apagada. Ainda assim, quaisquer que sejam os desafios que seu projeto possa envolver, a tecnologia de automação certamente continuará desempenhando um papel crescente na produção de pequenas peças.

Enquanto isso, para obter dicas sobre como criar as melhores especificações para suas peças pequenas, baixe nosso guia gratuito, Como ajustar sua solicitação de cotação para sua vantagem máxima:perguntas frequentes no fornecimento de peças pequenas.