Svaki menadžer CNC radnje suočio se sa istom ekonomskom zagonetkom. Prečesto mijenjajte alate i karbid ćete sagorjeti alarmantnom brzinom. Gurnite alate preko njihovog optimalnog vijeka trajanja i riskirate otpatke dijelova, oštećene radne predmete i slomljene glodalice. Negdje između ovih ekstrema nalazi se slatko mjesto gdje su ukupni troškovi proizvodnje po dijelu minimizirani. Pronalaženje tog balansa zahtijeva razumijevanje ne samo cijene alata, već i skrivenih troškova vezanih za svaku promjenu alata i svaki kvar.
Direktna cijena reznog alata je jednostavna. Čvrsta karbidna glodalica košta između trideset i sto pedeset dolara. Umetak za alat za struganje može koštati osam do dvadeset dolara. Ove brojeve je lako pratiti. Međutim, stvarna cijena alata uključuje mnogo više. Svaki put kada operater zaustavi mašinu da promeni tup alat, vreme mirovanja vretena se akumulira. Promjena alata može potrajati dva do pet minuta. Po ceni mašine od sto dolara po satu, to vreme mirovanja košta otprilike tri do osam dolara po promeni. Dodajte trošak rada operatera i broj će se povećati. Česte izmjene alata na dijelovima kratkog ciklusa mogu lako udvostručiti troškove rada po dijelu.
S druge strane, rad alata nakon njegovog ekonomičnog vijeka dovodi do različitih troškova. Istrošeni rezač stvara veće sile rezanja, što povećava potrošnju električne energije mašine i rizik od skretanja. Završna obrada se degradira, potencijalno potiskujući dijelove izvan tolerancije. Najskuplji ishod je katastrofalni kvar alata. Slomljeno glodalo može izdubiti radni predmet, uništiti učvršćenje ili čak oštetiti vreteno mašine. Zamjena vretena košta desetine hiljada dolara i dane zastoja. Čak i manji lom alata koji uništava samo jedan skupi dio, kao što je kovana titanijska avio komponenta, može izbrisati uštede od stotina izmjena alata.
Optimalna tačka ravnoteže vijeka trajanja alata nije fiksni broj. Zavisi od veličine serije, vrijednosti dijela, materijala i korištenja mašine. Za veliku proizvodnju jeftinih aluminijumskih delova, matematika favorizuje česte promene alata. Guranje alata kako bi se uštedjelo nekoliko dolara na sto dijelova nije vrijedno rizika da pokvareni alat zaustavi automatiziranu ćeliju. Mnoge prodavnice velikog obima menjaju alate na sedamdeset procenata njihovog procenjenog veka trajanja kako bi stvorile sigurnosnu marginu. Malo povećanje troškova alata nadoknađuje neprekidna proizvodnja.
Za dijelove male zapremine, visoke vrijednosti kao što su medicinski implantati ili šupljine kalupa, proračun se pomjera. Jedan otpadni dio može vrijediti hiljade dolara. U ovom okruženju, konzervativna ograničenja vijeka trajanja alata imaju smisla. Prodavnice često koriste sisteme za praćenje alata koji mjere opterećenje vretena ili akustičnu emisiju kako bi otkrili habanje prije kvara. Oni mijenjaju alate na osnovu stvarnog stanja, a ne proizvoljnih vremenskih ograničenja. Ovaj pristup omogućava korištenje većeg potencijala alata bez rizikovanja dijela. Investicija u nadzor hardvera se isplati nakon nekoliko ušteđenih komponenti.
Materijal koji se reže snažno utiče na optimalnu frekvenciju promene. Aluminijum oprašta. Istrošeno glodalo će proizvoditi neravnine i klepetanje mnogo prije nego što se slomi, dajući znakove upozorenja. Kaljeni čelik iznad 50 HRC ne daje gotovo nikakvo upozorenje. Istrošeni keramički ili CBN umetak može iznenada pokvariti i oštetiti radni komad. Za tvrdo struganje i legure na visokim temperaturama, konzervativni intervali zamjene alata su bitni. Neke radnje koje imaju Inconel mijenjaju umetke nakon svakog pojedinog dijela jer je cijena pokvarenog alata u tom materijalu daleko veća od cijene umetka.
Veličina serije također igra ulogu. Za seriju od pet dijelova, trošak izmjene alata je raspoređen na samo pet komada. Promena alata dvaput tokom tog rada može dodati deset minuta vremena mirovanja, što bi moglo biti pedeset posto ukupnog vremena ciklusa. U kratkim serijama, često ima ekonomskog smisla koristiti alate dok ne pokažu jasno istrošenost, prihvatajući nešto nižu završnu obradu kako bi se izbjegla česta zaustavljanja. Za serije od pet stotina dijelova, dvominutna izmjena alata na svakih pedeset dijelova dodaje samo četiri sekunde po dijelu, što je zanemarljiv dodatni trošak.
Automatizacija prisiljava na ponovnu procjenu. Robotske radne ćelije i sistemi paleta oslanjaju se na rad bez nadzora. Ako se alat pokvari u ponoć, mašina može nastaviti da radi do jutra, proizvodeći otpad satima. U proizvodnji bez svjetla, vijek trajanja alata mora biti podešen dovoljno konzervativno da je vjerovatnoća kvara tokom rada preko noći blizu nule. Neke radnje koriste suvišan alat, imajući dupli alat ubačen u susjedni džep, tako da mašina može automatski promijeniti na svježi rezač kada se dostignu granice habanja. Ovo povećava troškove alata, ali eliminiše rizik od kvarova preko noći.
Praktična metoda za pronalaženje optimalne ravnoteže uključuje praćenje tri broja tokom vremena. Prvo, prosječni vijek trajanja alata u minutama vremena rezanja. Drugo, trošak po alatu uključujući amortizaciju držača i rad na postavljanju. Treće, stopa otpada koja se pripisuje trošenju alata. Grafikon ukupnih troškova po dijelu kako se učestalost izmjene alata razlikuje. Kriva je tipično u obliku slova U. Prečeste promjene povećavaju troškove alata i vremena mirovanja. Suviše rijetke promjene povećavaju troškove otpada i prerade. Minimalna tačka obično se javlja kada se alati mijenjaju između šezdeset i osamdeset posto njihovog maksimalnog mogućeg vijeka trajanja. Trgovine koje vjerski bilježe podatke o istrošenosti alata mogu precizirati ove brojeve za svaku kombinaciju materijala alata.
Ekonomija također ovisi o ponovnom brušenju alata. Mnoga karbidna glodala i svrdla mogu se ponovo brusiti dva ili tri puta uz djelić originalne cijene. Ovo dramatično mijenja jednačinu. Alat za ponovno brušenje ima nižu početnu cijenu, ali može imati neznatno smanjen vijek trajanja. Optimalna učestalost promjene za alate za ponovno brušenje je obično kraća jer je kazna troškova za dodatnu promjenu manja. Prodavnice s vlastitim mogućnostima brušenja alata mogu češće mijenjati alate bez povećanja budžeta za potrošni materijal.
Na kraju krajeva, najbolja tačka ravnoteže je dinamička meta. Kako se mijenjaju geometrije dijelova, materijali i mogućnosti strojeva, mijenja se i optimalna učestalost promjene alata. Najprofitabilnije trgovine ne pogađaju. Oni instrumentiraju svoje mašine pomoću monitora opterećenja vretena, uređaja za podešavanje dodira alata i softvera za prikupljanje podataka. Oni tretiraju vijek trajanja alata kao varijablu za optimizaciju, a ne kao fiksno pravilo iz kataloga alata. Pronalaženje optimalne ravnoteže zahtijeva disciplinu, mjerenje i spremnost da se povremeno gurne alat do neuspjeha kako bi se naučilo gdje leži prava granica. Nagrada je niža ukupna cijena po dijelu i manje iznenađenja u radnji.
