CNC-Bearbeitung Fixkosten: Warum Werkzeuge der Schlüssel zu präziser Preisgestaltung sind

Bei der Eagle Group bieten wir Full-Service-Metallguss und CNC-Bearbeitung von Anfang bis Ende. Teil unserer Verantwortung als Lieferant ist es, den Teilpreis für jedes neue Produkt zu schätzen. Eine der größten Posten, die den endgültigen Teilpreis bei jedem Auftrag beeinflussen, sind Werkzeuge (Tooling). Im Metallguss umfassen Werkzeuge oft Modelle, die zur Erstellung von Formen und Kernen verwendet werden. In der CNC-Bearbeitung können Werkzeuge Spannvorrichtungen, Werkzeughalter, Schneidwerkzeuge oder Wendeplatten (Tool Inserts) bezeichnen.

• Spannvorrichtungen (Work holding fixtures) sind Vorrichtungen, die das Werkstück während der Schneidoperationen festhalten.
• Werkzeughalter (Tool holders) verbinden Schneidmaschinen (wie Drehmaschinen, Fräsmaschinen oder Mehr-Achsen-Bearbeitungszentren) mit Schneidwerkzeugen.
• Schneidwerkzeuge (Cutting tools) sind die Elemente, die direkten Kontakt mit dem Werkstück haben, um Material zu entfernen. Dazu gehören Bohrer, Sägeblätter und Räumnadeln.
• Wendeplatten (Tool inserts) werden in vielen Schneidwerkzeugen verwendet, aber nicht in allen. Sie sind austauschbare Teile, die die eigentliche Schneidarbeit verrichten, wenn sie am Schneidwerkzeug befestigt sind.

Für einen detaillierten Blick auf Feinguss-Werkzeuge lesen Sie unseren Beitrag hier.

Werkzeugdesign für CNC-Bearbeitung

Eagle CNC bestellt Werkzeuge nach Erhalt einer Bestellung (PO) vom Kunden, aber die Räder beginnen sich früh im Prozess zu drehen. Nachdem ein Kunde ein RFQ eingereicht haben, skizzieren Ingenieure bei Eagle CNC den Prozess, den sie für die Auftragsausführung erwarten. Ein Teil dieses Plans sind die Werkzeuge. In dieser Anfangsphase entscheidet der Maschinenshop, ob kundenspezifische Werkzeuge bestellt oder erstellt werden müssen, und schätzt, wie viele Verbrauchsteile für die Auftragsausführung erforderlich sind.

Standardwerkzeuge (Stock Tooling) für CNC-Bearbeitung

In vielen Fällen können Maschinenshops Standard-Spannvorrichtungen von der Stange verwenden. Dazu gehören Standard-Maschinenschraubstöcke, Drehfutterbacken, Spannzangenbacken, Tombstones, Planscheiben und viele mehr. Zur Referenz bietet der Werkzeuglieferant Creston Industrial Sales eine hervorragende Liste von Standard-Vorrichtungslieferanten.

Ebenso gibt es Werkzeughalter in einer Vielzahl von Standardkonfigurationen, wie Spannzangenfutter, Schaftfräserhalter und Bohrkopffutter, um nur einige zu nennen.

Kundenspezifische Spannvorrichtungen (Custom Work Holding Fixtures)

Wenn kundenspezifische Spannvorrichtungen erforderlich sind, haben Maschinenshops die Wahl, die Vorrichtung intern herzustellen oder die Arbeit an einen Speziallieferanten auszulagern. In jedem Fall entwerfen Bearbeitungseinrichtungen die Vorrichtungen in der Regel selbst, da das Spannen eng mit den für das Schneiden verwendeten Geräten und Prozessen verbunden ist.

Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass Vorrichtungen nicht so ausgelegt sein sollten, dass sie nur mit einer Maschine funktionieren. Laut Dennis Chester, Vertriebsingenieur bei Eagle CNC: „Wir stellen sicher, dass kundenspezifische Werkzeuge nicht maschinen-spezifisch sind, weil wir termingerechte Lieferungen garantieren müssen, selbst wenn eine unserer Maschinen zur Wartung ausfällt. Unser System stellt sicher, dass wir praktisch jeden Auftrag auf jeder Maschine ausführen können.“

Kundenspezifische Schneidwerkzeuge werden ebenfalls oft verwendet, integrieren aber fast immer austauschbare Wendeplatten. So kann das Schneidwerkzeug für die Dauer des Projekts halten, während die Wendeplatten bei Bedarf ersetzt werden können.

Oben: kundenspezifische Spannvorrichtung; oben: kundenspezifische Schneidwerkzeuge

Was beeinflusst die Kosten von Werkzeugen für CNC-Bearbeitung?

Wie bei Metallguss-Werkzeugen und jedem anderen Fixkosten der Fertigung hängen die Bearbeitungswerkzeugkosten weitgehend von der Komplexität des Auftrags ab. Wenn keine kundenspezifischen Spannvorrichtungen erforderlich sind, sind die Fixkosten niedriger. Ebenso kosten kundenspezifische Halter begrenzter Komplexität, die intern hergestellt werden können, im Allgemeinen weniger als solche, die einen spezialisierten Lieferanten erfordern.

Ein weiterer signifikanter Fixkostenfaktor bei jedem Bearbeitungsauftrag bezieht sich auf die Anzahl der verwendeten Schneidwerkzeuge oder Wendeplatten. Obwohl Wendeplatten relativ günstig sind, manchmal weit unter 5 Dollar pro Stück, müssen sie oft geschärft und ersetzt werden. Erfahrene Bearbeitungseinrichtungen können die Anzahl und Art der für einen Auftrag erforderlichen Wendeplatten genau vorhersagen und diesen Kosten in ihr Angebot einbeziehen.

Wie lange hält CNC-Bearbeitungswerkzeug?

Während Spannvorrichtungen aktualisiert und gewartet werden können, um unbegrenzt lange zu halten, sind Verbrauchsschneidwerkzeuge und Wendeplatten verschleißanfällig und müssen oft ersetzt werden. Tatsächlich kann die normale Lebensdauer einer Wendeplatte so niedrig wie 15 Minuten Schneidzeit betragen.

Die Lebensdauer von Schneidwerkzeugen hängt von mehreren Faktoren ab, einschließlich des Werkstückmaterials und des gesamten Bearbeitungsprozesses. Um Bearbeitungsoperationen durchzuführen, müssen Wendeplatten härter sein als das Material, das sie schneiden. Weiche Metalle wie Aluminium sind viel einfacher – und daher günstiger – zu bearbeiten als harte Metalle wie Kohlenstoffstahl. Härtere Metalle, anspruchsvollere Prozesse und schnellere Durchlaufzeiten verringern ebenfalls die Lebensdauer von Wendeplatten und Verbrauchsschneidwerkzeugen.

Um die Lebensdauer von Schneidwerkzeugen zu verbessern, empfiehlt Werkzeughersteller Sandvik, die Schnittgeschwindigkeit zu reduzieren (um Hitze zu verringern), den Vorschub zu optimieren (für kürzeste Schneidzeit) und die Schnitttiefe zu optimieren (um die Anzahl der Schnitte zu minimieren). Die Schneidumgebung kann ebenfalls einen Unterschied machen, wie die Zugabe von Schmiermittel oder Kühlausrüstung. Über Prozesseinstellungen hinaus können einige Bearbeitungseinrichtungen empfehlen, ein anderes Material zu verwenden oder Designänderungen vorzunehmen, um die Werkzeuglebensdauer zu verlängern.

Da wettbewerbsfähige Preise für Hersteller heute so entscheidend sind, integriert die Eagle Group Design-for-Manufacturability-Prinzipien in all unsere Projekte. Durch die Einhaltung von DFM-Praktiken können wir Vorschläge für Design, Materialien und Prozesse machen, die zu höchster Qualität und niedrigstem Teilpreis führen.

Indem Kunden verstehen, wie Werkzeuge für CNC-Bearbeitung funktionieren, können sie eine aktivere Rolle in der anfänglichen Design- und Angebotsphase eines neuen Produkts einnehmen.

Mehr über CNC-Bearbeitung in unserem kostenlosen E-Book, dem CNC Machining Process Guide