Os sistemas de pórtico que usam a tecnologia ServoBelt podem fornecer flexibilidade à indústria automotiva por uma fração do custo dos sistemas de cremalheira e pinhão. Fonte: Bell-Everman
Os pórticos de coleta e colocação suspensos são uma parte importante das fábricas automotivas modernas, movimentando e posicionando peças com a velocidade, precisão e confiabilidade que a produção de alto quantity exige. Tradicionalmente, os fabricantes enfrentam um dilema de seleção de equipamentos, com a indústria dominada por sistemas pesados construídos a partir de estruturas maciças de aço. Projetados para cargas extremas, esses sistemas superconstruídos vêm de grandes fornecedores de equipamentos que oferecem engenharia robusta a um preço premium, prazos de entrega estendidos e espaço limitado para personalização.
As aplicações automotivas de pequeno e médio porte, no entanto, não exigem capacidades tão extremas e, nesses casos, os sistemas superdimensionados representam uma incompatibilidade crítica. Para agravar este desafio, o indústriaO ambiente de produção em rápida evolução da empresa exige fornecedores que possam se adaptar rapidamente, personalizar sistemas de pórtico para necessidades específicas de aplicação e entregar dentro de prazos competitivos – requisitos que muitos equipamentos grandes e estabelecidos fabricantes não conseguem se encontrar.
Felizmente, um controle de movimento sistema surgiu para preencher esta lacuna. Pórtico sistemas com ServoBelt tecnologia forneça a durabilidade e a personalização de nível industrial que a produção automotiva exige — por uma fração do custo dos sistemas tradicionais de pinhão e cremalheira e com prazos de entrega que geralmente são menos da metade dos de fornecedores maiores.
Igualmente importante, a engenharia avançada de vigas que utiliza extrusões de ranhura em T garante que os sistemas ServoBelt atendam aos padrões de desempenho estrutural que os fabricantes esperam dos equipamentos tradicionais de cremalheira e pinhão.
Por estas razões, a tecnologia de controle de movimento ServoBelt permite que os fabricantes automotivos implementem automação aérea avançada sem comprometer o desempenho que sua produção exige.
Projetando um pórtico suspenso para um fornecedor automotivo
Máquina Progressiva e Design (PMD), uma empresa de automação personalizada em Victor, NY, foi encarregada de projetar uma linha de produção automatizada para um fornecedor automotivo de nível 1. Parte de uma operação de fabricação de árvores de comando de motores diesel, a linha incluiria um sistema de pórtico pick-and-place para transportar peças através de múltiplas operações de usinagem.
A linha de produção consistia em operações de usinagem sequenciais, com quatro a cinco máquinas em cada etapa. A função do pórtico period movimentar as árvores de cames, desde a matéria-prima até ao produto last, transportando-as entre os vários centros de maquinação.
O sistema foi projetado para coletar as peças brutas da árvore de comando e entregá-las ao primeiro conjunto de máquinas. A partir daí, movimentaria as peças por meio de diferentes operações, incluindo retificação, torneamento e outros processos de usinagem. O pórtico foi projetado para interagir com os centros de usinagem de carregamento superior e para existir acima das máquinas, economizando espaço valioso.
O principal desafio durante o processo de projeto foi projetar um sistema de pórtico suspenso robusto que pudesse navegar em um structure de planta compacto, lidar com uma carga útil de dois eixos de comando pesando aproximadamente 80 kg (176,3 lb.) e fornecer posicionamento preciso para entrega de peças nas máquinas.
A robótica baseada em pórticos pode transportar materiais através dos processos de produção. Fonte: Bell-Everman
O acionamento ServoBelt oferece desempenho
Para seu sistema de pórtico, a PMD incorporou a tecnologia ServoBelt — um sistema de acionamento linear que combina o método confiável de acionamento de “cremalheira e pinhão” com precisão e características anti-folga graças a um design exclusivo de correia. Os principais recursos do ServoBelt, como facilidade de personalização, alto desempenho e evita racks de aço excessivamente lubrificados, tornaram-no uma escolha adequada para este projeto.
Flexibilidade e personalização de design: Ao contrário dos sistemas rígidos e padronizados, a tecnologia ServoBelt permitiu à PMD personalizar o tamanho, a altura e a extensão da viga do pórtico para atender às restrições específicas do structure da planta.
Essa flexibilidade foi um fator crítico que “inclinou a balança” a favor do ServoBelt, de acordo com Brent Stratton, engenheiro mecânico-chefe da PMD.
Alto desempenho sem excesso de engenharia: O ServoBelt forneceu as especificações de desempenho exigidas sem excesso de engenharia desnecessária. Embora fosse capaz de uma precisão ainda maior, fornecia a precisão de posicionamento necessária de um quarto de milímetro e podia lidar com viagens em alta velocidade, operando a 3 m/s (6,7 mph) – bem dentro de sua capacidade de 4 m/s (8,9 mph).
Capacidades de longa distância: Uma vantagem importante do ServoBelt é seu design exclusivo de suporte de correia, que elimina o estiramento da correia em qualquer distância de deslocamento. Esse recurso permitiu que a PMD criasse um longo pórtico que abrangesse vários centros de usinagem sem sacrificar a precisão do posicionamento.
“Embora não façamos sistemas tão longos com frequência, geralmente usaríamos um drive de loop contínuo ou do tipo OMEGA”, disse Stratton. “Mas a beleza do sistema de suporte de correia ServoBelt é que ele elimina todo o alongamento da equação. Você pode percorrer muito tempo sem se preocupar com o alongamento da correia.”
Escalabilidade futura: A natureza modular da tecnologia ServoBelt suporta expansão futura. Se a operação eventualmente exigir mais máquinas, por exemplo, o pórtico pode ser ampliado para acomodar o structure ampliado, proporcionando uma solução adaptável e de longo prazo.
O ServoBelt foi projetado para eliminar o estiramento da correia em qualquer distância de deslocamento. Fonte: Bell-Everman
A viga composta atende aos padrões estruturais da indústria
Embora o ServoBelt fornecesse a tecnologia de controle de movimento, seu projeto de feixe representava um desafio de engenharia igualmente crítico. Os fabricantes automotivos acostumados com sistemas tradicionais de pinhão e cremalheira têm expectativas específicas em relação ao desempenho estrutural.
A viga composta de alumínio oferece desempenho estrutural. Fonte: Bell-Everman
Para atender a esses requisitos, a equipe de engenharia da Bell-Everman conduziu um extenso trabalho de “ciência do feixe”. Ele analisou e otimizou múltiplas características estruturais, como rigidez da viga, deflexão, rigidez torcional, deflexão torcional e momento de inércia da área. Cada parâmetro desempenha um papel importante para garantir que o pórtico mantenha o posicionamento sob carga e em toda a sua faixa de deslocamento.
Ao contrário dos projetos tradicionais de extrusão de peça única da Bell-Everman, esta aplicação exigia uma nova construção de viga composta para alcançar o desempenho estrutural necessário. Os engenheiros projetaram um conjunto de vigas usando versáteis extrusões de ranhura em T revestidas em alumínio anodizado, criando uma estrutura que eliminou a deflexão entre os pontos de montagem.
Essa abordagem composta proporcionou vários benefícios. Forneceu a rigidez estrutural necessária para a aplicação, ofereceu a aparência estética de equipamento industrial premium e manteve a capacidade de personalização que tornou o ServoBelt atraente em primeiro lugar.
Além disso, o extenso trabalho de projeto e teste provou que o sistema de pórtico poderia atender aos mesmos padrões estruturais que os equipamentos de aço para serviços pesados, mantendo ao mesmo tempo vantagens de custo e prazo de entrega.
Aprimoramentos personalizados garantem segurança e confiabilidade
Além do pórtico central e da viga, a PMD projetou e integrou vários recursos personalizados para garantir que o sistema pick-and-place operasse de forma segura e confiável. Os controles incluíam drives Allen Bradley e motores com caixas de velocidades Neugart.
Para lidar com a carga útil, o PMD selecionou Schunk pinças com um recurso de trava de segurança que impede que abram se a pressão do ar for perdida. Os engenheiros também projetaram uma pequena mudança no eixo Y no projeto da garra para acomodar pequenos desalinhamentos posicionais das máquinas.
Para segurançaa PMD conduziu uma avaliação de risco. Depois de identificar a necessidade de freios redundantes no eixo Z, os engenheiros encarregaram a Bell-Everman de integrar esses freios ao projeto do pórtico. Os engenheiros da empresa forneceram um design limpo para a integração destes freios. Os drives do sistema também apresentavam Protected Torque Off (STO) para atender aos requisitos de segurança.
Para resolver o problema de peças oleosas e gotejamento de líquido refrigerante, a PMD projetou uma série de bandejas coletoras, que serviam a dois propósitos: mantinham o líquido refrigerante contido e evitavam que as mãos dos trabalhadores entrassem nas peças móveis do pórtico. A Bell-Everman entregou o pórtico com um padrão de parafuso para facilitar a integração dessas bandejas personalizadas.
O robô de pórtico acionado por ServoBelt pode melhorar a segurança e a eficiência. Fonte: Bell-Everman
Resultados: Automação de ponta a um custo menor
O sistema de pórtico acionado por ServoBelt automatizou com sucesso o processo de transporte do eixo de comando, integrando-se perfeitamente aos centros de usinagem existentes e ao banco de dados dos sistemas de execução de fabricação (MES) do cliente.
- Sucesso operacional: O sistema de pórtico agora lida com todo o fluxo de trabalho do eixo de comando, desde a peça bruta inicial até a unidade terrestre last.
- Segurança e confiabilidade: O pórtico inclui muitos aprimoramentos de segurança, incluindo bandejas coletoras personalizadas para conter líquido refrigerante e freios redundantes no eixo Z. A construção robusta do pórtico e os baixos requisitos de manutenção também garantem confiabilidade a longo prazo.
- Custo-benefício: Ao fornecer desempenho de motor linear de alta qualidade a um custo significativamente mais baixo, a tecnologia ServoBelt permitiu a implementação de automação avançada sem o preço de sistemas excessivamente projetados.
O pórtico acionado por ServoBelt agora oferece a automação precisa e de alta velocidade que o fornecedor precisava, mantendo os custos sob controle. Ele também preenche uma lacuna crítica no mercado, fornecendo aos fabricantes uma alternativa de alto desempenho aos sistemas superdimensionados para aplicações de carga útil de pequeno e médio porte que anteriormente exigiriam a utilização padrão de equipamentos grandes e pesados.
“O que fez este projeto funcionar foi nossa abordagem colaborativa com a Bell-Everman e sua capacidade de atender às nossas solicitações exclusivas – foi isso que nos conquistou”, explicou Stratton. “Além de apenas atender às nossas necessidades imediatas, juntos construímos algo que poderia se adaptar e expandir conforme as necessidades mudassem.”
Sobre o autor
Sobre o autorParker Maccianti é engenheiro mecânico chefe da Bell-Everman e está na empresa há nove anos. Ele é bacharel em Engenharia Mecânica pela UC Irvine.
Este artigo foi publicado com permissão.