Minden CNC-műhelyvezető ugyanazzal a gazdasági fejtörővel szembesült. Túl gyakran cserélje ki a szerszámokat, és riasztó sebességgel ég át a keményfém. Ha túllépi a szerszámokat az optimális élettartamukon, akkor a leselejtezett alkatrészek, a megsérült munkadarabok és a törött marók kockázata. Valahol e szélsőségek között van egy édes pont, ahol az alkatrészenkénti teljes gyártási költség minimális. Ennek az egyensúlynak a megtalálásához nemcsak a szerszámköltségek, hanem a minden szerszámcseréhez és minden meghibásodáshoz kapcsolódó rejtett kiadások megértése szükséges.
A vágószerszám közvetlen költsége egyértelmű. Egy tömör keményfém maró harminc és százötven dollárba kerül. Egy esztergaszerszám betétje nyolc-húsz dollárba kerülhet. Ezeket a számokat könnyű nyomon követni. A szerszámozás valódi költsége azonban sokkal többet tartalmaz. Minden alkalommal, amikor a kezelő leállítja a gépet, hogy kicseréljen egy tompa szerszámot, az orsó üresjárati ideje felhalmozódik. A szerszámcsere két-öt percig tarthat. Óránként száz dolláros gépdíj mellett ez az üresjárati idő nagyjából három-nyolc dollárba kerül cserénként. Adja hozzá az üzemeltető munkaerőköltségét, és a szám magasabbra emelkedik. A rövid ciklusú alkatrészek gyakori szerszámcseréje könnyen megkétszerezheti az alkatrészenkénti munkaráfordítást.
Másrészt egy szerszám gazdaságos élettartamán túli üzemeltetése különböző költségekkel jár. A kopott vágó nagyobb forgácsolóerőket generál, ami növeli a gép energiafogyasztását és az elhajlás kockázatát. A felület minősége romlik, és az alkatrészek kiszoríthatják a tűréshatárt. A legdrágább eredmény a szerszám katasztrofális meghibásodása. Egy törött maró kivájthatja a munkadarabot, tönkreteheti a rögzítéseket, vagy akár a gép orsóját is károsíthatja. Az orsó cseréje több tízezer dollárba és több napos állásidőbe kerül. Még egy kisebb szerszámtörés is, amely tönkretesz egyetlen drága alkatrészt, például egy kovácsolt titán repülőgép-alkatrészt, eltüntetheti a több száz szerszámcseréből származó megtakarítást.
A szerszám optimális élettartamának egyensúlyi pontja nem fix szám. Ez függ a tétel méretétől, az alkatrész értékétől, az anyagtól és a géphasználattól. Olcsó alumínium alkatrészek nagy volumenű gyártásához a matematika előnyben részesíti a gyakori szerszámcseréket. Ha megnyom egy szerszámot, hogy száz alkatrészenként néhány dollárt megtakarítson, nem éri meg azt a kockázatot, hogy egy törött szerszám leállítja az automatizált cellát. Sok nagy volumenű üzlet becsült élettartamának hetven százalékánál cserél szerszámokat, hogy biztonsági tartalékot teremtsen. A szerszámköltség kismértékű növekedését a megszakítás nélküli gyártás ellensúlyozza.
Kis térfogatú, nagy értékű alkatrészek, például orvosi implantátumok vagy penészüregek esetén a számítás eltolódik. Egyetlen selejt alkatrész több ezer dollárt érhet. Ebben a környezetben van értelme a konzervatív szerszámélettartam-korlátoknak. Az üzletek gyakran használnak szerszámfigyelő rendszereket, amelyek mérik az orsóterhelést vagy az akusztikus emissziót a kopás észlelésére a meghibásodás előtt. Az eszközöket a tényleges állapot, nem pedig az önkényes időkorlátok alapján cserélik. Ez a megközelítés lehetővé teszi a szerszámpotenciál több felhasználását az alkatrész kockáztatása nélkül. A felügyeleti hardverbe fektetett befektetés néhány mentett komponens után megtérül.
A vágandó anyag erősen befolyásolja az optimális váltási gyakoriságot. Az alumínium megbocsátó. A kopott szármaró már jóval azelőtt sorja, hogy eltörik, és figyelmeztető jeleket ad. Az 50 HRC feletti edzett acél szinte semmilyen figyelmeztetést nem ad. A kopott kerámia vagy CBN lapka hirtelen meghibásodhat, és károsíthatja a munkadarabot. Kemény esztergálás és magas hőmérsékletű ötvözetek esetén elengedhetetlen a konzervatív szerszámcsere intervallumok betartása. Egyes Inconelt üzemeltető üzletekben minden egyes alkatrész után lapkát cserélnek, mert az adott anyagban lévő törött szerszám költsége jóval meghaladja a lapka árát.
A tétel mérete is szerepet játszik. Öt részből álló sorozat esetén a szerszámcsere költsége mindössze öt darabra oszlik. Az eszközök kétszeri cseréje a futás során tíz perc üresjárati időt növelhet, ami a teljes ciklusidő ötven százaléka lehet. Rövid távon gyakran gazdaságosan érdemes a szerszámokat addig járatni, amíg egyértelmű kopást nem mutatnak, elfogadva valamivel alacsonyabb felületi minőséget a gyakori leállások elkerülése érdekében. Ötszáz alkatrészből álló sorozatok esetén minden ötven alkatrész kétperces szerszámcseréje alkatrészenként csak négy másodpercet ad hozzá, ami elhanyagolható többletköltség.
Az automatizálás újraértékelést kényszerít ki. A robotmunkacellák és raklaprendszerek a felügyelet nélküli működésre támaszkodnak. Ha egy szerszám éjfélkor eltörik, a gép tovább működhet reggelig, és órákig hulladékot termel. A megvilágítás nélküli gyártás során a szerszám élettartamát elég óvatosan kell beállítani, hogy az éjszakai futás során a meghibásodás valószínűsége nullához közel legyen. Egyes üzletek redundáns szerszámokat használnak, a szomszédos zsebbe duplikált szerszámot töltenek be, így a gép automatikusan átválthat új marógépre, ha eléri a kopási határokat. Ez növeli a szerszámköltséget, de kiküszöböli az éjszakai meghibásodások kockázatát.
Az optimális egyensúly megtalálásának gyakorlati módszere három szám nyomon követése az idő múlásával. Először is, az átlagos szerszámélettartam a vágási idő perceiben. Másodszor, a szerszámonkénti költség, beleértve a tartó amortizációját és a beállítási munkát. Harmadszor, a szerszámkopásnak tulajdonított selejt arány. Grafikononként ábrázolja az alkatrészenkénti összköltséget, mivel a szerszámcsere gyakorisága változó. A görbe jellemzően U alakú. A túl gyakori változtatások növelik a szerszámok és az üresjárat költségeit. A túl ritka változtatások növelik a selejtezési és utómunkálati költségeket. A minimális pont általában akkor következik be, amikor a szerszámokat a lehetséges maximális élettartamuk hatvan és nyolcvan százaléka között cserélik. Azok az üzletek, amelyek vallásosan naplózzák a szerszámkopási adatokat, finomíthatják ezeket a számokat minden szerszámanyag-kombinációra.
A gazdaságosság a szerszám utánköszörüléstől is függ. Sok keményfém maró és fúró az eredeti költség töredékéért kétszer vagy háromszor újracsiszolható. Ez drámaian megváltoztatja az egyenletet. Az újracsiszolt szerszám kezdeti költsége alacsonyabb, de élettartama kissé csökkenhet. Az újracsiszoló szerszámok optimális cseregyakorisága általában rövidebb, mert kisebb a költségbírság az extra cserénél. A házon belüli szerszámcsiszolási képességekkel rendelkező üzletek gyakrabban cserélhetnek szerszámokat anélkül, hogy növelnék a fogyasztási költséget.
Végső soron a legjobb egyensúlyi pont egy dinamikus célpont. Az alkatrészek geometriájának, anyagainak és gépi képességeinek változásával az optimális szerszámcsere gyakorisága is változik. A legjövedelmezőbb üzletek nem találgatnak. Gépeiket orsóterhelés-figyelőkkel, szerszámérintési beállítókkal és adatgyűjtő szoftverekkel műszerezik. A szerszám élettartamát optimalizálandó változóként kezelik, nem pedig a szerszámkatalógusból származó rögzített szabályként. Az optimális egyensúly megtalálásához fegyelemre, mértékletességre és hajlandóságra van szükség, hogy időnként kudarcba taszítsunk egy eszközt, hogy megtanuljuk, hol van az igazi határ. A jutalom alacsonyabb alkatrészenkénti összköltség és kevesebb meglepetés a műhelyben.
