Maquinação de transferência com CNCs da FANUC

Produção em série com máquinas flexíveis

Os centros de transferência ANGER combinam as vantagens dos centros de maquinação e das linhas de transferência 

A ANGER MACHINING consolidou o seu nome como pioneira na série tecnológica dos sistemas de maquinação em série controlados por CNC. Estes designados centros de transferência, considerados uma combinação entre um centro de maquinação e uma linha de transferência, são extraordinários graças à sua produção em série de elevado rendimento e, no entanto, flexível. Entre os exemplos encontram-se duas máquinas HCXchange 2000, controladas por um CNC série 31i da FANUC, entregues ao fornecedor do setor automóvel Magna.

A ANGER MACHINING GmbH, sedeada em Traun, Áustria, é um fabricante de sistemas de maquinação de alta velocidade. Apresentando um conceito de série desenvolvido em 1984, a empresa estabeleceu novos padrões de produtividade e conquistou uma posição de sucesso no mercado mundial. Roland Haas (Dipl.-Ing.), engenheiro chefe na ANGER, explica resumidamente o que torna esta tecnologia especial: "Implementámos o conceito de uma linha de transferência numa única máquina." A peça de trabalho é carregada através de um dispositivo de fixação e, em seguida, movida extremamente rapidamente de um fuso estacionário para o seguinte. Os tempos “sequência a sequência” (chip-to-chip) são extremamente curtos, idealmente apenas 0,3 segundos. As peças de trabalho a operar podem ser movidas linear e rotativamente em todos os eixos espaciais e, portanto, a partir de seis lados.

Em foco: tempos de inatividade reduzidos

Todas as ferramentas são recolhidas por fusos de maquinação especiais e cabeças multifuso montadas, no máximo, em quatro lados da área de maquinação do centro. Nestas máquinas de elevada produção, os tempos de inatividade causados pela alternância de ferramentas são uma coisa do passado. Nas flexíveis máquinas ANGER, as alternâncias de ferramentas são realizadas em paralelo durante o tempo de maquinação. Isto permite obter tempos de ciclo mais curtos e um elevado rendimento numa área muito mais reduzida – em comparação com os centros de maquinação tradicionais.

Em aproximadamente 20 a 40 estações, a máquina processa todas as tarefas de maquinação necessárias – e fá-lo com a máxima precisão. A ferramenta permanece exatamente na mesma posição no porta-ferramentas. Como a fixação só é efetuada uma vez, os erros de fixação e posição manual são reduzidos. Como resultado, os centros de transferência da ANGER conseguem atingir no processo, tolerâncias de posição fidedignas de 0,015 mm, com tolerâncias de diâmetro de IT 5 e valores de arredondamento até 0,001 mm.

Os pequenos pesos movidos ajudam a reduzir o desgaste nos componentes do sistema e viabilizam caraterísticas de deslocamento extremamente dinâmicas com velocidade de maquinação até 90 m/min e 1 g de aceleração. O nível mais elevado de rigidez é fornecido pelos leitos de máquinas consolidados com betão reforçado com aço para reduzir a vibração, que, consoante a especificação da máquina, podem pesar até 25 toneladas métricas.

Desde a indústria ótica até à indústria automóvel

Os centros de transferência da ANGER são a escolha ideal especialmente quando são necessários números unitários entre 150.000 e 500.000 por ano da mesma peça de trabalho ou com um design semelhante. No início da história da empresa, a ANGER forneceu as suas máquinas de elevado desempenho principalmente à indústria ótica. Permitiram reduzir o tempo de inatividade, graças à maquinação com várias ferramentas e, deste modo, ofereceram um método eficaz de fresagem completamente automático das armações de óculos a partir de blocos de plástico.

Após a maquinação neste mercado ter sido substituída por uma tecnologia de moldagem por injeção com cada vez mais qualidade, a ANGER forneceu as suas máquinas ao mercado em expansão dos telemóveis, em que, por exemplo, fresaram estruturas em magnésio para telemóveis Ericsson. Entretanto, o foco mudou muito rapidamente da indústria de telemóveis para a indústria automóvel, em que eram necessárias quantidades unitárias semelhantes das mesmas peças de trabalho. No início, incluíam, acima de tudo, eixos e componentes em forma de cubo fabricados em alumínio. Entretanto, com a introdução dos modelos de máquina ANGER HCS e HCP, a gama de aplicações expandiu-se aos cilindros ABS e a muitos outros componentes pequenos e complexos.

Máquinas HCX: caminhos de deslocamento cada vez maiores e maior rigidez

As máquinas ANGER também continuaram a evoluir. Fora da série HCP, cresceu o modelo HCX, que, na verdade, conservou o princípio básico comprovado com fusos estacionários e uma peça de trabalho em movimento, mas a tecnologia foi completamente reformulada. A inovação mais notória foi a moldura de flange em que as unidades de fuso de maquinação são montadas livremente e podem ser facilmente reposicionadas.

Roland Haas relata: "Para o modelo HCX, levámos a cabo desenvolvimentos mecatrónicos integrais e utilizámos o espetro total da simulação virtual." Antes de tudo, os programadores calcularam e compararam as várias colunas de deslocamento com montagens de grupo "box-in-box", optando pela última solução. Em colaboração com vários parceiros, desenvolveram o conceito mais profundamente. Com a ajuda de um sistema de simulação mecatrónica, otimizaram os vários componentes em várias iterações de desenvolvimento. Roland Haas explica mais detalhadamente: "Melhorámos a rigidez em áreas decisivas, reduzindo em simultâneo, o material em que há deslocamento de massa. Além disso, simulámos e otimizámos o comportamento de controlo de todos os eixos. Só após todas as simulações terem sido configuradas ecologicamente foi construído o protótipo HCX." No âmbito da série, a ANGER otimizou, por fim, as novas máquinas, no que diz respeito à vida útil, bem como à facilidade de montagem e manutenção.

Além disso, o engenheiro mecânico apresentou um sistema CAM que, imediatamente após receber uma encomenda, permite simular o processo de maquinação subsequente. "Deste modo, tornou-se possível conceber fusos com a garantia de isenção de colisões", explica Roland Haas. Acima de tudo, a ANGER atua como contratante geral. Significa, portanto, que não só fornece a máquina, como também todo o processo de maquinação com um tempo de ciclo pré-determinado. O projeto é entregue ao cliente pronto a utilizar com o programa CNC, certificado de qualidade estatística e automação.

Em 2014, foi estabelecido o marco seguinte da história da empresa com o lançamento no mercado da ANGER FLXBL. Estas máquinas são centros flexíveis, padronizados, de transferência modular, concebidos para a maquinação de peças de precisão na produção de volumes de média a grande dimensão. A ANGER FLXBL pode ser reconfigurada de forma rápida e fácil e uma grande variedade de peças de trabalho de vários volumes pode, assim, ser operada em vários ciclos de vida do produto sequenciais. Graças à sua flexibilidade, para o operador do sistema, tal significa a proteção máxima possível do seu investimento, associada às vantagens da tecnologia comprovada do centro de transferência.

Magna: produção das peças de série de alta precisão.

Foram apresentadas duas máquinas ANGER HCXchange 2000 (basicamente, eram também as precursoras da ANGER FLXBL), em 2011, a um dos maiores fornecedores de automóveis do mundo, o Austrian-Canadian Magna Group, cuja sede na Europa fica situada em Oberwaltersdorf, apenas a duas horas e meia de Traun. Nas instalações de produção, situadas em Lannach, na região Styria, na Áustria, as caixas de eixos de equilíbrio para motores a gasolina são operadas em ambas as máquinas Anger, que produzem 300 000 unidades/ano. Cada máquina tem capacidade para produzir uma peça completa com uma única configuração. Uma célula de automação central com o robô entre ambas as máquinas fornece-lhes espaços livres e coloca as peças finais montadas num tapete rolante. Esta solução para equipamentos de pequena dimensão e com custos mais reduzidos por unidade representa a solução de maquinação mais económica para a Magna Powertrain Lannach. Permite igualmente dar resposta ao requisito de flexibilidade na aquisição de novas ferramentas para outro componente. As peças de trabalho requerem maquinação complexa, bem como especificações de precisão muito elevadas relativamente a furos para pontos de apoio, até imagens de flanges, valores de nivelamento e pontos de referência. Os 35 passos de maquinação são realizados num modelo HCXchange com um tempo do ciclo de 114,25 segundos por peça, incluindo carregamento totalmente automático. Através da utilização de ferramentas multicabeça, a quantidade de elementos individuais, relativamente a furos e roscas, é ainda superior.

Tecnologia de controlo e de sistemas de acionamento da FANUC

A Magna encomendou ambas as máquinas ANGER HCXchange com tecnologias de controlo e sistemas de acionamento à FANUC. Para a ANGER, não se tratava de uma nova parceria, uma vez que os principais componentes do líder mundial de mercado de CNCs foram implementados há aprox. 5 anos. Roland Haas explica: "Nessa altura, recebíamos muito trabalho do mercado norte-americano, que solicitava principalmente controlos da FANUC. Esta cooperação com a FANUC foi muito favorável para nós. As despesas na área de assistência e manutenção eram mínimas e os produtos absolutamente fiáveis. Infelizmente, a recessão na América do Norte e na indústria automóvel provocou a diminuição da colaboração com a FANUC. Deste modo, na ANGER ficámos muito satisfeitos com a encomenda do Magna Group para equipar as máquinas ANGER HCXchange com a FANUC. Temos agora este sólido e fiável parceiro de volta."

Além da implementação do sistema CNC da FANUC série 31i, o foco da atenção centrou-se inicialmente no sistema de acionamento das máquinas configuradas de acordo com as caixas e sistema de caixas. Uma funcionalidade especial, por exemplo, é o deslocamento na direção horizontal, possível através de dois fusos de esferas a operar paralelamente. O objetivo consistia em escolher as definições corretas e em garantir um ajuste de controlo fiável. Por fim, era necessário obter precisão na posição na gama µm.

Outro desafio envolveu a integração de motores de terceiros. Tal deve-se ao facto de a ANGER implementar servomotores de eixo oco proprietários no conceito de máquina adotado. Outro problema assenta no facto de serem utilizados quatro eixos de série nas máquinas ANGER HCX. Mediante solicitação do cliente, um quinto eixo pode ser implementado no dispositivo de fixação. Roland Haas relata: "No âmbito da encomenda da Magna, foi necessário implementar, pela primeira vez, um sistema de acionamento de binário duplo. No entanto, o ajuste e a otimização deste sistema de acionamento também foram obtidos em colaboração com a FANUC."

O fabricante de controlos disponibiliza conhecimentos especializados no âmbito da prestação de serviços

Para resolver todos os problemas de controlo e de sistemas de acionamento, foi necessário recorrer a conhecimentos especializados, disponibilizados pela FANUC, através da sua filial alemã, juntamente com suporte adicional do Japão. Roland Haas mostra-se satisfeito: "Os mesmos técnicos especializados em controlo da FANUC nos visitaram e já estavam bastante familiarizados com o produto, graças a experiências anteriores. Foi-nos oferecido um suporte de primeiro nível genuíno."

Do ponto de vista do controlo, as especificações para ciclos ocasionais ou especiais são limitadas. Em alternativa, a ANGER garante que, sempre que possível, todas as operações de maquinação e movimentos de deslocamento podem ser programados com comandos simples e funções padrão, para obter ciclos rápidos. É, por este motivo, que a função de pré-visualização do controlo e o tempo de ciclo muito rápido do PLC estão entre os fatores decisivos para a ANGER, na disputa por décimas de segundo.

Aplicam-se também requisitos muito exigentes à programação do PLC, principalmente devido aos dois alternadores de ferramenta duplos por máquina. A FANUC encarregou-se destas tarefas de programação. De acordo com Roland Haas, foi muito importante para a ANGER disponibilizar estes conhecimentos especializados, no âmbito da prestação de serviços, recorrendo diretamente à FANUC. Neste contexto, os fabricantes de séries beneficiam ao máximo da fiabilidade da tecnologia de controlos e sistemas de acionamento da FANUC. Acrescentou ainda que, após todo o processo ter sido implementado e testado, manteve-se em funcionamento durante muito tempo. Caso alguma vez viesse a ser necessário substituir os componentes, o processo decorreria com grande naturalidade.

Facilidade de utilização graças às interfaces ativas

Ainda relativamente à facilidade de utilização, a ANGER pode contar com a FANUC.  O setor da construção de máquinas investiu bastante numa HMI (human machine interface), a mais prática possível, que oferece ao utilizador diversas possibilidades de visualização. A funcionalidade integrada de fotografias, por exemplo, indica os locais de ocorrência de avarias e como solucioná-las. É certo que, as interfaces específicas dos clientes, como as referidas, não representavam um ponto forte dos controlos da FANUC no passado, mas agora tudo mudou. Roland Haas confirma: "Entretanto, a FANUC disponibiliza opções de visualização bastante úteis para nós e, principalmente, para os operadores de máquinas." A ANGER especificou o aspeto pretendido para os ecrãs. A implementação dos ecrãs ficou a cargo da FANUC.

ANGER MACHINING GmbH: Máquinas para uma produção em série flexível

A empresa internacional de engenharia mecânica, com sede em Traun, na Áustria, especializou-se no desenvolvimento e produção de centros de transferência. Estes sistemas de maquinação de alta velocidade são utilizados principalmente no setor automóvel da maquinação de peças de série, com especificações de muita alta precisão. O foco principal centra-se nas aplicações de peças de motor, engrenagem e chassis fabricadas em alumínio ou aço. Com três filiais na Alemanha, Estados Unidos e Japão, e vários parceiros de vendas e serviços, desde que foi criada em 1982, a empresa consolidou a sua presença com sucesso no mercado mundial.

Entre outras aplicações, os centros de transferência da ANGER são utilizados para maquinação de corpos de válvula de sistemas de transmissão de embraiagem dupla e automáticos, caixas de transmissão automóvel, placas de separação, caixas de veios de equilíbrio e de árvores de cames e outros componentes de precisão de forma prismática ou veios do motor ou de engrenagem.

Entre os clientes, encontram-se fabricantes internacionais do setor automóvel, como a Daimler e a VW, bem como fornecedores líderes no setor automóvel, como a ZF, Magna, Mahle, ThyssenKruppPresta, INA Schaeffler, Bosch ou Linamar Group e ainda várias empresas de fundição.