VIABILIDADE DE ADAPTAÇÃO DE UM CNC PARA TROCA AUTOMÁTICA DE FERRAMENTA

PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO GRANDE DO SUL

Faculdade de Engenharia

VIABILIDADE DE ADAPTAÇÃO DE UM CNC PARA TROCA AUTOMÁTICA DE FERRAMENTA

Bosenbecker, Henrique – [e-mail]

Pacheco, Joyson Luiz – [e-mail]

Resumo: Este trabalho tem como objetivo fazer um estudo de viabilidade técnica da implantação de Troca Rápida de Ferramenta (TRF) em uma fresadora CNC, mais especificamente a implantação de uma Troca Automática de Ferramentas. Neste trabalho é feito um estudo de caso para a máquina Mini CNC Tipo Router Modelo 0505S. Atualmente a troca de ferramenta é feita manualmente pelo operador, gerando o aumento do tempo de fabricação das peças, aumento do tempo homem-máquina, além de outros problemas que serão citados neste trabalho. Para elaborar este estudo e avaliar a influência da falta de TRF, foram feitas medições do tempo de troca de ferramenta feita manualmente pelo operador, foram feitas ainda pesquisas de TRF existentes e simulações para estimar quanto tempo levaria para fabricar uma mesma peça utilizando a troca manual e utilizando a TRF.

Palavras-chave: Troca rápida de ferramenta, CNC, Viabilidade.

Abstract: This paper aims to study the technical feasibility of deploying a Quick Change Tool (TRF) on a CNC milling machine. Specifically the implementation of an automatic tool change device. This paper reports a case study for a Router Type Mini CNC machine Model 0505S. Currently the tool change is manually performed by the operator, generating increased time for part manufacturing and longer man-machine hours in addition to other problems also cited in this study. To develop this study and evaluate the influence of lack of TRF, time measurements for tool change were manually made by the operator and also were made surveys and simulations on existing TRF systems to estimate how long it would take to produce the same part using the manual shift and using the TRF system instead.

Keywords: Quick change tool, CNC, Viability.

1 INTRODUÇÃO

A Troca Rápida de Ferramentas (TRF) é um procedimento que tem como objetivo reduzir o tempo de preparação de máquina e, além disso, viabilizar a produção de pequenos lotes. Segundo SHINGO [6], entre as vantagens e efeitos na aplicação da TRF, estão: produção sem estoque, aumento das taxas de utilização de máquina e de capacidade produtiva, eliminação de erros de setup, qualidade melhorada, maior segurança, redução do número de ferramentas necessárias, tempo de setup reduzido, menores despesas, tempo de produção reduzido, aumento da flexibilidade de produção.

Este trabalho tem como finalidade avaliar o impacto da falta de troca rápida de ferramenta no tempo de fabricação de peças para protótipos, usinadas em uma Mini CNC Tipo Router (fresadora CNC de pequeno porte), Fig. 1.

Por se tratar de peças em pouca quantidade (normalmente únicas), o tempo será medido por operação, e não por lote de peças fabricadas como em um processo produtivo de uma grande empresa.

Características da máquina:

Máquina Mini CNC ripo Router modelo 0505S

* 03 eixos de trabalho + 01 eixo rotativo sem interpolação do quarto eixo;

* Spindle 24.000 rpm (máx) – potência 2,2 kW;

* Spindle refrigerado a água + anti-corrosivo;

* Fixação das ferramentas por pinças modelo ER20;

* Cursos x,y,z: 500 x 500 x 200 mm;

* Avanço máximo de trabalho: 5 m/min;

1.1 Situação atual e medições

Atualmente a troca de ferramentas é feita de forma manual pelo operador, utilizando duas chaves de boca, com tamanhos de 22 mm e 30 mm, Fig. 2. Primeiro, com a pinça pré-montada no spindle, o operador posiciona a ferramenta na pinça (na altura desejada) e então dá o primeiro aperto na porca (com a mão) ao mesmo tempo em que segura à ferramenta para que ela não caia, posteriormente utilizando a chave de boca maior bloqueia a rotação do eixo do spindle enquanto que com a chave menor aperta a porca de aperto da pinça no spindle, conforme esquema mostrado na Fig. 3.

Algumas desvantagens e problemas da troca manual de ferramentas observadas:

* Aumento do tempo de fabricação das peças;

* Aumento do tempo homem-máquina;

* Risco de o operador montar a ferramenta errada e causar uma colisão;

* Risco de a ferramenta cair no momento da desmontagem, podendo danificá-la;

* Referenciamento do “zero” da ferramenta no eixo Z em relação à peça depende da habilidade do operador, sem garantia de precisão;

* Um ajuste errado no referenciamento pode causar erros subsequentes, podendo até “matar” a peça.

Para a medição dos tempos utilizados em cada operação durante a troca de ferramenta, foi utilizado um cronômetro digital marca Casio, Fig. 5, sendo cada operação medida uma a uma sempre zerando o cronômetro.

Abaixo é apresentada a Tab. 1, usada para coleta destas medições, a duração de cada operação foi medida em segundos. Na Tab. 2 está a descrição das operações.

Tabela 1 – Tempo medido de cada operação

Operação Duração (seg) A 12 B 45 C 28 D 55 E 05 F 05 G 20 H 10

Tabela 2 – Legenda

Legenda Operação Descrição da operação A Posicionamento manual do spindle de forma que fique ao alcance do operador B Seleção e montagem da pinça de acordo com o tamanho do diâmetro da base da ferramenta C Montagem da ferramenta no