Всеки мениджър на цех с ЦПУ се е сблъсквал със същия икономически пъзел. Сменяйте инструментите твърде често и изгаряте карбида с тревожна скорост. Изкарайте инструментите след оптималния им живот и рискувате бракувани части, повредени детайли и счупени ножове. Някъде между тези крайности се намира сладкото място, където общите производствени разходи за част са сведени до минимум. Намирането на този баланс изисква разбиране не само на цената на инструмента, но и на скритите разходи, свързани с всяка смяна на инструмента и всеки отказ.
Преките разходи за режещ инструмент са ясни. Една твърдосплавна фреза струва между тридесет и сто и петдесет долара. Една вложка за струговащ инструмент може да струва осем до двадесет долара. Тези числа са лесни за проследяване. Истинската цена на инструменталната екипировка обаче включва много повече. Всеки път, когато оператор спре машината, за да смени тъп инструмент, времето на празен ход на шпиндела се натрупва. Смяната на инструмента може да отнеме две до пет минути. При скорост на машината от сто долара на час това време на празен ход струва приблизително три до осем долара на смяна. Добавете разходите за труд на оператора и числото се изкачва още повече. Честата смяна на инструмента при детайли с кратък цикъл може лесно да удвои режийните разходи за труд на детайл.
От друга страна, изтичането на икономичния живот на инструмент води до различни разходи. Износеният нож генерира по-големи сили на рязане, което увеличава консумацията на енергия на машината и рискува отклонение. Повърхностното покритие се влошава, потенциално изтласквайки частите извън толеранса. Най-скъпият резултат е катастрофална повреда на инструмента. Счупената челна фреза може да издълбае детайла, да унищожи приспособленията или дори да повреди шпиндела на машината. Подмяната на шпиндела струва десетки хиляди долари и дни престой. Дори незначителна повреда на инструмента, която съсипва една скъпа част, като кован титаниев аерокосмически компонент, може да унищожи спестяванията от стотици смени на инструменти.
Оптималната балансирана точка на живот на инструмента не е фиксирано число. Зависи от размера на партидата, стойността на частта, материала и използването на машината. За голям обем производство на евтини алуминиеви части, математиката благоприятства честите смени на инструментите. Натискането на инструмент, за да спестите няколко долара на сто части, не си струва риска счупен инструмент да спре автоматизирана клетка. Много магазини с голям обем сменят инструментите на седемдесет процента от очаквания им живот, за да създадат граница на безопасност. Малкото увеличение на разходите за инструменти се компенсира от непрекъснатото производство.
За части с малък обем и висока стойност, като медицински импланти или кухини на матрицата, изчислението се променя. Една скрап част може да струва хиляди долари. В тази среда консервативните граници на живота на инструмента имат смисъл. Магазините често използват системи за наблюдение на инструменти, които измерват натоварването на шпиндела или акустичната емисия, за да открият износването преди повреда. Те сменят инструментите въз основа на действителното състояние, а не на произволни срокове. Този подход позволява да се използва повече от потенциала на инструментите, без да се рискува частта. Инвестицията в хардуер за наблюдение се изплаща след няколко спестени компонента.
Материалът, който се реже, силно влияе върху оптималната честота на смяна. Алуминият прощава. Износената челна фреза ще произведе грапавини и тракане много преди да се счупи, давайки предупредителни знаци. Закалената стомана над 50 HRC не дава почти никакво предупреждение. Износена керамична или CBN вложка може внезапно да се повреди и да повреди детайла. За твърдо струговане и високотемпературни сплави консервативните интервали за смяна на инструмента са от съществено значение. Някои магазини, работещи с Inconel, сменят вложките след всяка отделна част, тъй като цената на счупен инструмент от този материал далеч надвишава цената на вложката.
Размерът на партидата също играе роля. За серия от пет части цената за смяна на инструмента се разпределя само върху пет части. Смяната на инструменти два пъти по време на този цикъл може да добави десет минути време на празен ход, което може да бъде петдесет процента от общото време на цикъла. При кратки тиражи често има икономически смисъл да работите с инструменти, докато покажат ясно износване, като приемате малко по-ниско покритие на повърхността, за да избегнете чести спирания. За серии от петстотин части, двуминутна смяна на инструмента на всеки петдесет части добавя само четири секунди на част, пренебрежимо малко натоварване.
Автоматизацията налага преоценка. Роботизираните работни клетки и системите за палети разчитат на работа без надзор. Ако инструмент се повреди в полунощ, машината може да продължи да работи до сутринта, произвеждайки скрап с часове. При производство без осветление, животът на инструмента трябва да бъде зададен достатъчно консервативно, така че вероятността от повреда по време на работа през нощта да е близо до нула. Някои магазини използват излишни инструменти, като имат дубликат на инструмента, зареден в съседен джоб, така че машината да може автоматично да премине към нов нож, когато се достигнат границите на износване. Това добавя разходи за инструменти, но елиминира риска от откази за една нощ.
Практичен метод за намиране на оптималния баланс включва проследяване на три числа във времето. Първо, средният живот на инструмента в минути време за рязане. Второ, цената на инструмент, включително амортизация на държача и труд за настройка. Трето, процентът на скрап, дължащ се на износването на инструмента. Графика на общата цена на част, тъй като честотата на смяна на инструмента варира. Кривата обикновено е U-образна. Твърде честите промени увеличават разходите за инструменти и време на престой. Твърде редките промени увеличават разходите за скрап и преработка. Минималната точка обикновено възниква, когато инструментите се сменят между шестдесет и осемдесет процента от максималния им възможен живот. Магазини, които редовно регистрират данни за износването на инструментите, могат да прецизират тези числа за всяка комбинация от материали на инструмента.
Икономиката също зависи от повторното заточване на инструмента. Много твърдосплавни фрези и свредла могат да бъдат шлифовани два или три пъти на малка част от първоначалната цена. Това драматично променя уравнението. Инструментът за повторно заточване има по-ниска първоначална цена, но може да има леко намален живот. Оптималната честота на смяна на инструментите за повторно шлайфане обикновено е по-кратка, тъй като неустойката за допълнителна смяна е по-малка. Магазините със собствени възможности за шлифоване на инструменти могат да сменят инструментите по-често, без да увеличават бюджета за консумативи.
В крайна сметка най-добрата точка на баланс е динамична цел. С промяната на геометрията на детайлите, материалите и възможностите на машината се променя и оптималната честота на смяна на инструмента. Най-печелившите магазини не предполагат. Те оборудват своите машини с монитори за натоварване на шпиндела, устройства за настройка на инструмента и софтуер за събиране на данни. Те третират живота на инструмента като променлива за оптимизиране, а не като фиксирано правило от каталог с инструменти. Намирането на оптималния баланс изисква дисциплина, измерване и желание от време на време да натискате инструмент до отказ, за да разберете къде е истинската граница. Наградата е по-ниска обща цена на част и по-малко изненади в цеха.
