Tots els responsables de botiga CNC s'han enfrontat al mateix trencaclosques econòmics. Canvieu les eines amb massa freqüència i cremeu el carbur a un ritme alarmant. Empenyeu les eines més enllà de la seva vida òptima i correu el risc de trencar peces, peces de treball danyades i talladores trencats. En algun lloc entre aquests extrems es troba un punt dolç on el cost total de fabricació per peça es minimitza. Trobar aquest equilibri requereix comprendre no només el cost de l'eina, sinó també les despeses ocultes vinculades a cada canvi d'eina i a cada fallada.
El cost directe d'una eina de tall és senzill. Una fresa de carbur sòlid costa entre trenta i cent cinquanta dòlars. Una inserció per a una eina de tornejat pot ser de vuit a vint dòlars. Aquests números són fàcils de rastrejar. Tanmateix, el cost real de les eines inclou molt més. Cada vegada que un operador atura la màquina per canviar una eina apagada, s'acumula el temps d'inactivitat de la claveguera. Un canvi d'eina pot trigar de dos a cinc minuts. A una velocitat de màquina de cent dòlars per hora, aquest temps inactiu costa aproximadament entre tres i vuit dòlars per canvi. Afegiu el cost laboral de l'operador i el nombre augmentarà. Els canvis freqüents d'eines en peces de cicle curt poden duplicar fàcilment la sobrecàrrega de mà d'obra per peça.
D'altra banda, fer funcionar una eina més enllà de la seva vida econòmica comporta diferents costos. Un tallador desgastat genera forces de tall més altes, la qual cosa augmenta el consum d'energia de la màquina i corre el risc de deflexió. L'acabat de la superfície es degrada, cosa que pot provocar que les peces estiguin fora de tolerància. El resultat més car és la fallada catastròfica de l'eina. Una fresa d'extrem trencada pot tallar la peça de treball, destruir accessoris o fins i tot danyar l'eix de la màquina. La substitució d'un cargol costa desenes de milers de dòlars i dies d'inactivitat. Fins i tot una petita ruptura d'eina que arruïna una única peça cara, com ara un component aeroespacial de titani forjat, pot eliminar els estalvis de centenars de canvis d'eines.
El punt òptim d'equilibri de la vida útil de l'eina no és un nombre fix. Depèn de la mida del lot, el valor de la peça, el material i la utilització de la màquina. Per a la producció de grans volums de peces d'alumini barates, les matemàtiques afavoreixen els canvis freqüents d'eines. Empènyer una eina per estalviar uns quants dòlars per cent peces no val la pena el risc que una eina trencada detingui una cel·la automatitzada. Moltes botigues de gran volum canvien d'eines al setanta per cent de la seva vida útil estimada per crear un marge de seguretat. El petit augment del cost de les eines es compensa amb una producció ininterrompuda.
Per a peces de baix volum i d'alt valor, com ara implants mèdics o cavitats de motlle, el càlcul canvia. Una sola peça de ferralla pot valer milers de dòlars. En aquest entorn, els límits de vida útil de les eines conservadors tenen sentit. Les botigues sovint utilitzen sistemes de control d'eines que mesuren la càrrega del cargol o l'emissió acústica per detectar el desgast abans de la fallada. Canvien les eines en funció de les condicions reals en lloc de límits de temps arbitraris. Aquest enfocament permet utilitzar més eines potencials sense arriscar la peça. La inversió en maquinari de monitorització es compensa després d'uns quants components desats.
El material que es talla influeix fortament en la freqüència de canvi òptima. L'alumini perdona. Un molí d'extrem gastat produirà rebaves i xerrada molt abans que es trenqui, donant senyals d'advertència. L'acer endurit per sobre de 50 HRC no dóna gairebé cap avís. Una inserció de ceràmica o CBN gastada pot fallar sobtadament, danyant la peça de treball. Per al tornejat dur i aliatges d'alta temperatura, els intervals de canvi d'eines conservadors són essencials. Algunes botigues que gestionen Inconel canvien les plaquetes després de cada peça perquè el cost d'una eina trencada en aquest material supera amb escreix el preu de la plaqueta.
La mida del lot també juga un paper. Per a una tirada de cinc parts, el cost d'un canvi d'eina es distribueix en només cinc peces. Canviar les eines dues vegades durant aquesta execució pot afegir deu minuts de temps d'inactivitat, que podria ser el cinquanta per cent del temps total del cicle. En tirades curtes, sovint té sentit econòmic fer funcionar les eines fins que mostrin un desgast clar, acceptant un acabat superficial lleugerament inferior per evitar aturades freqüents. Per a tirades de cinc-centes parts, un canvi d'eina de dos minuts cada cinquanta peces afegeix només quatre segons per part, una sobrecàrrega insignificant.
L'automatització obliga a una reavaluació. Les cèl·lules de treball robòtiques i els sistemes de palets es basen en un funcionament sense vigilància. Si una eina es trenca a mitjanit, la màquina pot continuar funcionant fins al matí, produint ferralla durant hores. En la fabricació de llums apagades, la vida útil de l'eina s'ha d'establir de manera prou conservadora perquè la probabilitat de fallada durant una carrera nocturna sigui propera a zero. Algunes botigues utilitzen eines redundants, amb una eina duplicada carregada en una butxaca adjacent perquè la màquina pugui canviar automàticament a una fresa nova quan s'arribi als límits de desgast. Això afegeix un cost d'eines, però elimina el risc de fallades durant la nit.
Un mètode pràctic per trobar l'equilibri òptim implica el seguiment de tres números al llarg del temps. En primer lloc, la vida mitjana de l'eina en minuts de temps de tall. En segon lloc, el cost per eina, inclosa l'amortització del suport i la mà d'obra de configuració. En tercer lloc, la taxa de ferralla atribuïda al desgast de l'eina. Grafiqueu el cost total per peça a mesura que la freqüència de canvi d'eina varia. La corba normalment té forma d'U. Els canvis massa freqüents augmenten els costos d'eines i de temps inactiu. Els canvis massa poc freqüents augmenten els costos de ferralla i reelaboració. El punt mínim es produeix quan es canvien les eines entre el seixanta i el vuitanta per cent de la seva vida útil màxima possible. Les botigues que registren religiosament les dades de desgast de l'eina poden refinar aquests números per a cada combinació de material d'eina.
L'economia també depèn del rectificat d'eines. Moltes freses i broques de carbur es poden tornar a rectificar dues o tres vegades a una fracció del cost original. Això canvia l'equació dràsticament. Una eina de rectificat té un cost inicial més baix, però pot tenir una vida lleugerament reduïda. La freqüència de canvi òptima per a les eines de rectificat sol ser més curta perquè la penalització de cost per un canvi addicional és menor. Les botigues amb capacitats de rectificat d'eines a casa poden canviar les eines amb més freqüència sense augmentar el pressupost de consumibles.
En definitiva, el millor punt d'equilibri és un objectiu dinàmic. A mesura que canvien les geometries de les peces, els materials i les capacitats de la màquina, també ho fa la freqüència òptima de canvi d'eina. Les botigues més rendibles no endevinen. Equipen les seves màquines amb monitors de càrrega de cargols, configuradors tàctils d'eines i programari de recollida de dades. Tracten la vida útil de l'eina com una variable per optimitzar, no com una regla fixa d'un catàleg d'eines. Trobar l'equilibri òptim requereix disciplina, mesura i voluntat d'empènyer ocasionalment una eina fins a no saber on es troba el veritable límit. La recompensa és un menor cost total per part i menys sorpreses a la botiga.
