O que é um sistema de fabricação flexível? Tipos, características e estrutura

A automação tradicional de alto volume é rígida. Ela oferece excelente produtividade para alguns produtos estáveis, mas não consegue responder de forma eficiente a pequenos lotes e à grande variedade de produtos. Equipamentos automatizados flexíveis e sistemas de fabricação foram desenvolvidos para atender a essa necessidade.

Equipamentos de produção flexíveis

O equipamento básico de um sistema de manufatura flexível inclui máquinas-ferramentas CNC, robôs, veículos guiados automaticamente e sistemas de armazenamento automatizados.

Uma máquina CNC é controlada por um computador ou por um controlador eletrônico dedicado. A sequência de usinagem, os parâmetros do processo e os movimentos da máquina são codificados em um programa de controle numérico e inseridos na CNC, que comanda a máquina automaticamente. Frequentemente, é adicionado um circuito de realimentação de posição para formar um sistema de malha fechada e melhorar a precisão. Mesmo usuários experientes ainda precisam de planejamento de processo, seleção de parâmetros de corte, ferramentas e dispositivos de fixação adequados, medição de ferramentas, conhecimento da máquina e habilidades de programação.

1. Classificação por processo

1. Máquinas CNC em geral. Os tornos, fresadoras, mandriladoras, furadeiras, retificadoras, fresadoras de engrenagens e fresadoras de corte de engrenagens CNC realizam os mesmos processos básicos que seus equivalentes convencionais, mas produzem automaticamente formas complexas.
2. Centros de usinagem com troca automática de ferramentas. Um centro de usinagem conta com um compartimento que comporta cerca de 10 a 100 ferramentas e um trocador automático de ferramentas. Após uma única configuração, ele pode, automaticamente, fresar ou tornear, mandrilar, perfurar e alargar a peça.
3. Máquinas CNC multieixos. Essas máquinas controlam um número maior de eixos, geralmente de três a cinco.

2. Classificação por trajetória de usinagem

1. Controle ponto a ponto. O controlador se desloca com precisão de uma posição para outra sem interromper o movimento. As máquinas de mandrilamento coordenado e de perfuração CNC são exemplos típicos.
2. Controle linear ponto a ponto. O controlador gerencia tanto a posição do ponto final quanto o trajeto reto entre os pontos, normalmente ao longo de um eixo da máquina. O corte pode ocorrer ao longo de um eixo de coordenadas, e há mais funções auxiliares disponíveis.
3. Controle de contorno. O controle de trajetória contínua coordena dois ou mais eixos e controla a velocidade e a posição ao longo de todo o corte, permitindo a obtenção de formas complexas. Entre as máquinas típicas estão os tornos CNC, retificadoras, fresadoras e centros de usinagem.

Um centro de usinagem de contorno, como o FHN100T, geralmente inclui unidades de movimento nos eixos X, Y e Z, uma mesa rotativa para usinagem multifacial, um trocador automático de ferramentas (ATC) e um controlador CNC.

Seu sistema de controle utiliza controle de sequência, juntamente com sensores de toque, funções de gerenciamento e funções adaptativas. Os códigos T selecionam as ferramentas, os códigos S determinam a velocidade do fuso e a mesa giratória proporciona a indexação.

As funções de detecção por contato podem centralizar automaticamente uma ferramenta a partir do ponto de referência do fuso, detectar quebra da ferramenta e parar a máquina, reduzir o tempo de corte a vazio movendo-se com o dobro do avanço de corte até o contato, corrigir os planos de referência X/Y/Z para compensar variações térmicas e de tamanho da peça, e medir o diâmetro do furo para que o sistema possa ajustar a ferramenta automaticamente.

As funções de gerenciamento comparam a vida útil predefinida da ferramenta com o uso real, substituem automaticamente por uma ferramenta de reserva e monitoram as informações operacionais para o diagnóstico de falhas.

O controle adaptativo (AC) utiliza sensores nos motores de avanço dos eixos e do fuso para monitorar a carga. Uma carga dentro da faixa definida é considerada normal. Se ela ficar abaixo da faixa, o avanço pode aumentar para reduzir o tempo de ciclo; se ficar acima da faixa, o avanço diminui para proteger a ferramenta.

Sistemas de Fabricação Flexíveis: Características, Tipos e Estrutura

Um sistema de manufatura flexível (FMS) integra um sistema de controle de informações, armazenamento e manuseio de materiais e um conjunto de máquinas CNC. Com base na tecnologia de grupos, ele define processos para uma família de peças, seleciona máquinas e logística compatíveis e utiliza controle computadorizado para produzir diferentes peças de forma eficiente em lotes, ao mesmo tempo em que altera o mix de produtos conforme as mudanças na demanda.

Características e gama de aplicações

Um FMS normalmente contém várias máquinas do tipo CNC e centros de usinagem, além de sistemas automáticos de carga e descarga, armazenamento e transferência de materiais, tudo sob controle computadorizado centralizado. Em comparação com a automação rígida, ele oferece:

• Alta flexibilidade para peças relacionadas com diferentes requisitos de processo.
• Alto nível de automação, incluindo operação sem supervisão.
• Alta taxa de utilização dos equipamentos, pois o tempo de preparação e outros tempos auxiliares são reduzidos.
• Alta produtividade.
• Menor custo com mão de obra direta e maior retorno econômico.

Um FMS pode dar suporte a trabalhos pontuais e em pequenos lotes, bem como à produção mista de médio e alto volume, combinando flexibilidade, qualidade e eficiência.

Tipos de FMS

1. Célula de fabricação flexível (FMC). Uma máquina CNC controlada por computador ou um centro de usinagem é combinada com um transportador de paletes circular ou oval ou com um robô industrial. Ela pode trocar as peças sem interromper o funcionamento e constitui a unidade básica de um FMS maior.
2. Sistema de fabricação flexível. Duas ou mais máquinas CNC, centros de usinagem ou células são conectadas por meio de veículos guiados por trilhos ou autônomos, ou por robôs; contam com carregamento automático de paletes ou por robôs, armazenamento automatizado e sistemas integrados de planejamento, programação e monitoramento por computador.
3. Linha de produção flexível. Vários centros de usinagem ou máquinas CNC, alguns deles parcialmente especializados, estão dispostos na ordem do processo. A linha pode ter um ritmo de produção, mas pode ser ajustada rapidamente às mudanças de produto e mantém a funcionalidade de um sistema de manufatura flexível (FMS).

Composição e Controle do Sistema

Um FMS (Sistema de Manutenção Automática) inclui sistemas logísticos e de informação, cada um composto por vários subsistemas. Seu principal equipamento de processamento é normalmente composto por dois a seis centros de fresagem-mandrilagem verticais ou horizontais e centros de torneamento. Transportadores, veículos guiados ou autônomos e robôs industriais podem formar sistemas de transferência lineares, em loop ou em rede. O armazenamento pode utilizar um depósito automatizado de prateleiras altas com guindaste empilhador ou armazenamento no piso com estações de paletes.

Um palete funciona como um dispositivo de transporte. Ele transporta o dispositivo de fixação da peça e a própria peça como uma única unidade, é movimentado pelo sistema de manuseio e é posicionado e fixado automaticamente na mesa da máquina. As estações de paletes também podem servir para armazenamento temporário e buffer. Depósitos separados podem abrigar peças em bruto, peças acabadas, ferramentas e dispositivos de fixação. Estações de limpeza, rebarbação, medição e inspeção podem ser incluídas conforme necessário.

O sistema de controle conecta vários computadores e controladores de equipamentos por meio de uma rede, em uma arquitetura hierárquica. Seu funcionamento abrange quatro áreas:

1. Planejamento de processos. Definir processos com base nos requisitos do produto e adaptá-los dinamicamente às mudanças no cronograma.
2. Planejamento e programação da produção. Manter uma produção equilibrada e uma alta taxa de utilização dos equipamentos.
3. Controle de estações de trabalho e equipamentos. Coordenar máquinas-ferramentas, transporte e armazenamento de materiais, máquinas de medição, equipamentos de limpeza, robôs e outros dispositivos.
4. Monitoramento de condições e garantia de qualidade. Monitorar e controlar o sistema para que ele funcione com segurança, confiabilidade, normalidade e qualidade estável.