Como é que uma única máquina simplifica a perfuração e o corte no fabrico de metal? A unidade combinada de punção e cisalhamento CNC está a revolucionar a eficiência e a precisão nas oficinas de chapa metálica. Este artigo analisa as características avançadas e as vantagens operacionais destes sistemas automatizados, tais como mecanismos integrados de carregamento, seleção e corte. Os leitores compreenderão como estas máquinas maximizam a eficiência da produção e a utilização de materiais, conduzindo a um processo de fabrico mais simplificado e automatizado.
À medida que o fabrico continua a avançar, a perfuração de torre CNC desempenha um papel integral no processamento flexível de chapas metálicas, especialmente no domínio do fabrico de chapas metálicas comerciais por medida.
Para maximizar o potencial do processamento CNC de chapa metálica na produção e aumentar a eficiência da prensa de punção, as oficinas comerciais de chapa metálica integraram a utilização de máquinas combinadas de punção e corte CNC.
Este equipamento sofisticado combina tecnologia de controlo por computador, microeletrónica, monitorização remota e fabrico de precisão.
A máquina combinada de puncionamento e cisalhamento CNC possui sistemas automatizados de carga e descarga, mecanismos automáticos de classificação e empilhamento, um sistema de encaixe de armazenamento automatizado e integra métodos de gestão modernos para realizar um processo de puncionamento e cisalhamento CNC totalmente automatizado para chapa metálica.
A máquina combinada de punção e cisalhamento CNC consiste principalmente em um punção de torre CNC e um cisalhamento de ângulo reto CNC, conforme ilustrado na Figura 1.
O CNC punção da torre está equipada com uma biblioteca de ferramentas de disco rotativo, permitindo operações de perfuração, corte de arestas e dobragem de peças de chapa metálica. A tesoura de ângulo reto CNC está equipada com lâminas de eixo X e Y, concebidas para separar a chapa metálica após ter sido submetida a várias operações.
Para um processamento totalmente automatizado, as peças têm de se ajustar aos parâmetros de trabalho do equipamento. Por conseguinte, a definição destes parâmetros é crucial.
A máquina combinada de punção e cisalhamento tem uma força de punção de 30 toneladas e uma força de cisalhamento de 20 toneladas. A sua torre aloja 55 estações de ferramentas, incluindo 21 estações A (principalmente para pequenas ferramentas genéricas que não requerem mudanças frequentes), 24 estações B, 2 estações rotativas especiais (principalmente para ferramentas genéricas médias, com um curso de punção maior para aumentar a eficiência e a rotação para ajustar ângulos para rectângulos, polígonos, etc.), 4 estações C, 2 estações D e 2 estações E (tipicamente para grandes recortes genéricos, persianas, furos de dobragem, estampagem e outras operações especiais). Cada ferramenta de características tem um código único, por exemplo, RO para furos redondos, RE para rectângulos, DJ para polígonos e SQ para quadrados.
A gama máxima de processamento da máquina é: Eixo X 3000mm, eixo Y 1500mm, com uma espessura máxima de folha de 6,35mm. A tesoura de ângulo reto pode processar até 4 mm de espessura (para Q235 chapas de aço), com uma precisão de processamento de punção de ±0,10 mm.
As duas lâminas da tesoura angular CNC são perpendiculares, com a lâmina do eixo X capaz de efetuar um corte contínuo, eliminando a necessidade de pré-corte manual da matéria-prima. Isto aumenta a eficiência na disposição do material e reduz o desperdício. A disposição das duas lâminas, como mostra a Figura 2, indica que a lâmina do eixo X é mais comprida do que a lâmina do eixo Y, disposta num ângulo de 90°.
A máquina oferece dois modos de corte: corte total e meio corte. No modo de corte total, as lâminas dos eixos X e Y movem-se simultaneamente, produzindo peças com ângulos rectos bem definidos.
No modo de meio corte, a lâmina do eixo Y permanece estacionária enquanto a lâmina do eixo X funciona de forma independente, utilizada principalmente quando as peças maiores têm características específicas que podem interferir com o eixo Y.
A escolha entre estes modos é determinada programaticamente com base na situação real.
Após o corte, os resíduos e as peças acabadas são transportados através de um transportador automático de cerdas. As aparas de diferentes tamanhos são automaticamente separadas em dois contentores de resíduos distintos durante a transmissão.
Simultaneamente, os pequenos resíduos do processo de fabrico de ferramentas são transportados por outro sistema de transporte, assegurando um funcionamento contínuo e estável da prensa de punçãoeliminando o tempo de inatividade do equipamento. Este processo maximiza as transições externas, aumentando consideravelmente a eficiência do processamento de peças de chapa metálica.
Quando a máquina combinada de puncionamento e cisalhamento CNC processa espessuras variáveis de chapa metálica, a biblioteca de ferramentas de puncionamento da torre CNC troca ferramentas de perfuração ou ferramentas de moldagem baseadas em normas técnicas.
A tesoura de ângulo reto CNC ajusta as folgas da lâmina através de controlo eletrónico, garantindo a qualidade das superfícies de corte da chapa metálica.
A função de corte em ângulo reto fornece o suporte fundamental para os processos de colocação automática, permitindo que as peças sejam automaticamente ordenadas e empilhadas. Esta função é essencial para alcançar a automatização total na unidade de processamento.
Em contrapartida, o puncionamento CNC tradicional requer intervenção manual. Os operadores têm de pré-cortar a chapa metálica utilizando máquinas de corte com base nos requisitos de forma e tamanho da peça antes de passarem à fase de programação CNC.
Principais vantagens das máquinas combinadas de punção-cisalhamento CNC para processamento de agrupamento:
1) O layout de colocação é gerido por um software de programação de colocação automatizado, que também trata da separação das peças do material residual, maximizando a utilização das matérias-primas.
2) A natureza integrada da máquina elimina a necessidade de transporte manual de materiais, aumentando a precisão de processamento de chapas metálicas. Isto não só reduz o manuseamento e os tempos de espera, como também aumenta a eficiência da máquina.
A unidade de corte e perfuração CNC totalmente automatizada é composta por componentes de hardware automatizados e um sistema de controlo informativo, conforme ilustrado na Figura 3.
Os componentes de hardware incluem: um carrinho de acoplamento automático de matérias-primas, um dispositivo de carregamento de matérias-primas, uma máquina combinada de puncionamento e corte CNC, um dispositivo de ejeção automática de resíduos, um dispositivo automático de codificação por pulverização, um mecanismo de seleção e empilhamento automático de peças, um carrinho de acoplamento automático de peças e oito módulos de proteção fotoeléctrica.
O sistema de controlo informativo engloba o sistema de controlo da puncionadora (com sistemas de controlo de corte por punção CNC e de corte em ângulo reto), um módulo interativo para o sistema de controlo MES+WCS+puncionadora e um módulo de controlo de proteção fotoeléctrica.
Estes oito módulos principais de hardware estão na base de todo o percurso do processamento automático.
Em contrapartida, o módulo interativo entre o MES+WCS e o sistema de controlo de punções é crucial para a gestão informativa da unidade.
A unidade de processamento utiliza o sistema MES para a programação automática da produção. O software de programação extrai automaticamente os pormenores das encomendas e os agrupamentos de acordo com as especificações das mesmas.
Isto assegura que as peças, uma vez encaixadas e programadas automaticamente, são fabricadas utilizando matérias-primas de tamanho normalizado. Estas matérias-primas normalizadas são a base do armazenamento automático.
Após o encaixe, os materiais são totalmente utilizados, evitando desperdícios. A função de corte em ângulo reto facilita então a separação das peças encaixadas.
A funcionalidade de carregamento automático de material constitui a base para uma integração perfeita entre a unidade de processamento e o sistema de armazenamento automático.
Quando o sistema MES envia tarefas de encomenda para a unidade de perfuração, sincroniza simultaneamente as informações necessárias sobre a matéria-prima standard com o centro de expedição de armazenamento inteligente.
O centro de expedição faz então a correspondência entre as paletes de matéria-prima em stock e a sequência de tarefas de recolha e emite automaticamente comandos de recolha. Desde que se confirme que a máquina-ferramenta está operacional, a palete de matéria-prima correspondente é transportada para a entrada de material da máquina.
A partir daqui, o carrinho de carregamento automático recupera a palete de matéria-prima e desloca-a para a posição de carregamento automático. Para acomodar diferentes requisitos de carregamento de chapas metálicas, o sistema de ventosas de carregamento é segmentado para evitar a sucção vazia, conforme ilustrado na Figura 4.
Um dispositivo de separação de folhas, instalado no braço do robot de carregamento, levanta primeiro um canto da folha. De seguida, o mecanismo levanta e vibra a folha para a separar, simulando a separação manual.
Assim que o material é fixado, a sua espessura é automaticamente medida para garantir a coerência com os requisitos da encomenda. Se a espessura do material detectado exceder a espessura padrão de uma folha, será acionado um alarme, parando a máquina.
Se a espessura estiver dentro dos parâmetros especificados, a máquina continua a funcionar. Finalmente, a matéria-prima é transferida pelas ventosas de carga para a pinça de posicionamento da máquina para alinhamento.
Nesta fase, a unidade de processamento completa o processo de carregamento de material totalmente automatizado.
A separação das peças por cisalhamento em ângulo reto prepara o terreno para a triagem e o empilhamento automáticos.
Uma vez separadas, estas peças são produtos semi-acabados. O dispositivo de empilhamento categoriza e empilha estes produtos semi-acabados. O mecanismo de empilhamento automático requer que os tamanhos das folhas variem entre um mínimo de 400mm x 100mm e um máximo de 3000mm x 1500mm.
A espessura da chapa deve situar-se entre um mínimo de 0,5 mm e um máximo de 4 mm (para chapas de aço-carbono), com um peso máximo de empilhamento de 3000 kg.
A programação CNC da unidade de processamento utiliza um software de programação automática de nesting. Depois de gerar o programa de processamento, o módulo do programa de seleção identifica as peças dentro do programa.
As peças com o mesmo código são atribuídas à mesma área do tabuleiro de produtos semi-acabados, como mostra a Figura 5.
Cada área tem uma altura máxima de empilhamento de 500 mm. Se esta altura for excedida, as peças são reatribuídas a uma área de empilhamento diferente para evitar problemas de empilhamento excessivo devido a quantidades excessivas de peças com códigos idênticos.
Após o envio do programa de processamento, o sistema confirma novamente a colocação real das peças na área de empilhamento. O sistema de deteção fotoeléctrica também verifica a altura de empilhamento das peças.
Se as peças na área de empilhamento de produtos semi-acabados forem retiradas com urgência para a operação seguinte, o operador tem de repor o código correspondente na área de empilhamento.
Isto permite que o sistema o reintegre como um espaço disponível, evitando o desperdício de espaço de empilhamento.
Uma vez verificado que a área de empilhamento cumpre os requisitos de empilhamento de peças, o dispositivo de seleção separa as peças com o mesmo código para empilhamento sequencial. A triagem utiliza um mecanismo automático de triagem e empilhamento do tipo split-roller, transferindo automaticamente as peças cortadas para a palete de produtos semi-acabados. A palete é colocada num carrinho de transferência especializado.
Após a conclusão do processamento da encomenda, o carrinho recebe uma instrução de retorno ao armazém para os produtos semi-acabados. Em seguida, transporta a palete para o ponto de entrada correspondente do sistema de armazenamento automático.
O shuttle do sistema de armazenamento armazena então automaticamente a palete de produto semi-acabado, com o sistema MES a criar simultaneamente informação de retorno ao armazém para a palete.
Para a recuperação, basta procurar o número de encomenda correspondente para localizar a posição da encomenda no sistema de armazenamento e o código da palete, criando assim uma tarefa de recuperação automática e facilitando a recuperação de peças semi-acabadas.
As ordens de produção para a unidade de processamento são automaticamente expedidas pelo sistema MES com base na lógica de programação. As informações da ordem incluem dados essenciais de produção, como tipo de material, quantidade, especificações de tamanho, codificação, detalhes gráficos, dados do programa, informações sobre o fluxo do processo e tempo de processamento.
Os académicos discutiram o sistema de programação da produção que harmoniza a SOA com técnicas de fabrico flexíveis. Analisaram especificamente os desafios de planeamento e programação no processo de produção e explicaram os métodos e as implementações da atribuição de tarefas a estações de máquinas, oferecendo soluções para problemas de expedição na unidade de processamento.
As tarefas de produção para a unidade de perfuração CNC totalmente automática adoptam um sistema primário e de reserva. O sistema MES atribui duas ordens à mesma máquina: a ordem principal é a que está em produção e a seguinte é a de reserva. Uma vez concluída a ordem principal, a de reserva torna-se automaticamente a principal.
Como ilustrado na Figura 6, o módulo de interação do MES e do WCS programa simultaneamente o sistema de armazenamento para emitir tarefas de recuperação de matérias-primas e tarefas de devolução do material da encomenda anterior.
Antes de iniciar o processamento, os preparativos são efectuados através da sobreposição de operações de encomenda, reduzindo os tempos de comutação interna, minimizando o tempo de paragem da máquina, aumentando as taxas de funcionamento do equipamento e alcançando uma produção eficiente.
Ao receber a tarefa de produção enviada pelo sistema MES, os operadores só precisam de verificar os requisitos de ferramentas do programa de processamento, garantir um ambiente de produção seguro e, em seguida, iniciar a produção da encomenda.
Nesta altura, o equipamento processa de acordo com o código NC. Se a encomenda envolver peças com processos especiais, o sistema solicita a troca de ferramentas ao iniciar a produção da encomenda, e os operadores substituem ou complementam manualmente as ferramentas correspondentes.
Quando o sistema MES recebe feedback sobre o início do processamento da ordem, despacha simultaneamente a tarefa de recuperação de matéria-prima para a referida ordem para o sistema de programação WCS do sistema de armazenamento.
O vaivém do sistema de armazenamento transporta então a palete de matéria-prima correspondente para a posição de acoplamento do carrinho de receção de material da unidade de processamento.
Quando a unidade de processamento recebe a informação de chegada das matérias-primas, o sistema programa o carrinho de receção para recolher os materiais. A operação de processamento subsequente não requer qualquer intervenção manual.
Após o processamento, é efectuada a classificação automática das peças, o empilhamento e o transporte de resíduos. O sistema de triagem e empilhamento categoriza as peças por tipo e completa sequencialmente as tarefas de triagem e empilhamento.
O sistema regista toda a informação sobre o estado da unidade de processamento com base nos ciclos de encomenda até à conclusão da encomenda, e são elaborados relatórios automáticos durante o processo. O painel de controlo da gestão da informação é ilustrado na Figura 7.
Após a conclusão da encomenda, as peças semi-acabadas ligam-se automaticamente ao shuttle do sistema de armazenamento para armazenamento, e as informações de armazenamento são sincronizadas com o sistema MES.
Além disso, a unidade de processamento está equipada com um PC tudo-em-um ligado em rede. Os operadores podem registar-se na interface do sistema MES através deste PC.
Na página de relatório de encomendas, ao clicar no número gráfico, podem aceder diretamente ao sistema interno de documentos de base da empresa, ligando aos requisitos de processamento e aos desenhos de conceção das peças correspondentes, facilitando grandemente as operações no local.
Com o desenvolvimento contínuo da indústria transformadora, a aplicação generalizada de unidades de processamento totalmente automatizadas que integram a automação e a tecnologia da informação tornar-se-á cada vez mais predominante.
Este artigo descreve uma unidade de perfuração CNC totalmente automática, centrada principalmente em máquinas de perfuração e corte CNC, que utiliza a gestão de processos informativos.
Maximiza as vantagens do equipamento automatizado e, em certa medida, realiza um modelo de produção de chapas metálicas com mão de obra reduzida, oferecendo perspectivas significativas para que indústrias como a do processamento de chapas metálicas atinjam a automatização total.
Como fundador da MachineMFG, dediquei mais de uma década da minha carreira à indústria metalúrgica. A minha vasta experiência permitiu-me tornar-me um especialista nos domínios do fabrico de chapas metálicas, maquinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou constantemente a pensar, a ler e a escrever sobre estes assuntos, esforçando-me constantemente por me manter na vanguarda da minha área. Deixe que os meus conhecimentos e experiência sejam uma mais-valia para a sua empresa.
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