8 Kritische Faktoren bei der Auswahl von CNC-Werkzeugen

Was benötigen Sie von CNC-Werkzeugen?

• Präzision (natürlich) – Der ultimative Maßstab jedes CNC-Bearbeitungsprojekts, Präzision erfordert mehr als nur die richtigen Fähigkeiten
• Zuverlässige Steifigkeit – Ein Werkzeug muss seine Form behalten, stabil bleiben und Biegen oder Vibrieren während Schneidoperationen widerstehen
• Solide Haltbarkeit – Lange Lebensdauer aus einem Werkzeug herauszuholen ist eine Kostenkontrollmaßnahme, die das Endergebnis beeinflusst, was Haltbarkeit zu einem wichtigen KPI macht
• Einfache Installation/Einstellung – Werkzeuge einfach wechseln und einstellen zu können, ist nicht nur effizient, es erleichtert dem CNC-Bediener das Leben

Wie Sie möchten, dass ein Werkzeug performt, ist klar. Was für viele CNC-Werkstatt-Ingenieure herausfordernd ist, ist die Auswahl des richtigen Werkzeugs, um sicherzustellen, dass der Job ordnungsgemäß erledigt wird.

Von der Liste oben ist die Leistung des Werkzeugs entscheidend, aber nicht das Einzige, was zu beachten ist. Die Erfahrung Ihrer CNC-Werkstatt spielt eine Rolle. Und Kosten sind ebenfalls ein großer Faktor, den wir unten ansprechen.

Bei der Auswahl von CNC-Werkzeugen sollten Ingenieure Folgendes berücksichtigen:

1. Werkstückmaterial und -merkmale
2. Produktionsvolumen
3. Kombinationsmöglichkeiten
4. Maschinenkapazität
5. Werkzeugmaterial
6. Werkzeughersteller-Auswahl
7. Planung
8. Erfahrung der Werkstatt

1. Werkstückmaterial und -merkmale

Das Material des Werkstücks treibt die Werkzeugauswahl an. Beispielsweise bearbeitet eine Werkstatt hauptsächlich Aluminium, Gusseisen mit Kugelgraphit (GGG) und Grauguss (was Stecker Machine beschreibt), daher gibt es wahrscheinlich bevorzugte CNC-Metallschneidwerkzeuge für jedes Material. Ingenieure wählen zuerst bewährte standardisierte Werkzeuge, was Risiko, Lagerbestand und Kosten reduziert.

CNC-Werkzeuge – Bohrer, Fräser, Gewindebohrer – sind erforderlich, um verschiedene Merkmale zu bearbeiten, und es gibt Standardwerkzeuge für jeden Werkzeugtyp und jedes Material. Wieder am Beispiel Stecker: Wir haben drei verschiedene Standard-90°-Eckfräser, je einen für die Bearbeitung von Aluminium, GGG und Grauguss. Von diesen Materialien hat Aluminium die höchste Zerspanbarkeit, daher haben die Aluminiumwerkzeuge höhere Schnittgeschwindigkeiten (SFM) Spezifikationen, sodass sie schneller laufen können.

2. Produktionsvolumen

Spezialisierte, hochwertige Schneidwerkzeuge werden üblicherweise für Hochvolumenprojekte ausgewählt, während Niedrigvolumenaufträge mehr Economy-Werkzeuge verwenden. Es kommt auf Skaleneffekte an, wobei die Kosten für hochwertige, merkmalspezifische Werkzeuge durch die hohe Stückzahl gerechtfertigt wird, die von diesem Werkzeug gefertigt wird.

Wie vieles in der Fertigung ist CNC-Bearbeitung ein produktionsfokussiertes Geschäft, wobei Bearbeitungszentren eine große Rolle in der Effizienz einer Werkstatt spielen.

3. Kombinationsmöglichkeiten

Mehrmerkmalswerkzeuge können in der CNC-Bearbeitung enorme Kosten- und Arbeitszeiteinsparungen bringen. Wenn mehrere Aufgaben – drei, vier oder mehr – von einem Werkzeug erledigt werden können, beschleunigt dies die Zykluszeit und reduziert gleichzeitig die Zeit für den Werkzeugwechsel.

Beispielsweise kann ein ordnungsgemäß entworfenes, wendbares Kombiwerkzeug möglicherweise drei verschiedene Arten bohren und anfasen, den Job in einem Durchgang mit einem Werkzeug erledigen, statt mit sechs Werkzeugen (und sechs Durchgängen). Ja, dieses maßgefertigte Mehrmerkmalswerkzeug kann über 3.000 $ kosten, aber die Einsparungen summieren sich schnell, um die Kosten auszugleichen, besonders bei einem Hochvolumenprojekt.

4. Maschinenkapazität

Die meisten CNC-Werkzeuge können in den meisten CNC-Maschinen verwendet werden. Das bedeutet nicht immer, dass diese Maschinen die effizientesten sind. Ingenieure und Bediener wissen, dass eine Maschine mit höherer Leistung – mit einem größeren Kegel – Möglichkeiten bietet, Kombiwerkzeuge (oben erwähnt) einzusetzen, die viele Funktionen ausführen können.

Während große Gussteile die Hilfe von Kränen zum Bewegen erfordern, haben kleinere Gussteile diese Herausforderung nicht. Tatsächlich kann es Möglichkeiten für gesteigerte Effizienz geben, indem man eine Vorrichtung entwirft, die zwei oder drei kleine Teile gleichzeitig auf einer größeren Maschine laufen lässt. Das ist ein Beispiel dafür, wann große Maschine = großes Gussteil nicht unbedingt gilt.

Die beste Effizienz zu finden, geht meist darum, das richtige Werkzeug auszuwählen, das den Projektanforderungen und der Fähigkeit und Verfügbarkeit der Maschine entspricht, es zu fahren. Wenn eine Maschine mehrere Teile gleichzeitig fahren kann und der Bediener drei statt eines wechselt, ist das eine klare Sache.

Mehrere Teile auf einer Palette zu fahren spart Zeit, indem die Anzahl der Paletten- und Werkzeugwechsel pro Teil reduziert wird. Beispielsweise spart das gleichzeitige Fahren von drei Teilen im Vergleich zu einem 1/3 der Werkzeugwechsel- und Palettenwechselzeit pro Teil, plus es erhöht die Eilgänge zwischen den drei Teilen im Bearbeitungszentrum.

5. Werkzeugmaterial

Dasselbe Schneidwerkzeug kann aus vielen verschiedenen Materialien hergestellt werden, einige haltbarer (und teurer) als andere.

Vollhartmetall ist zuverlässig, doch PKD-bespitzte Werkzeuge erreichen noch höhere Haltbarkeit. PKD (polykristalliner Diamant) ist das härteste moderne Schneidwerkzeug, hergestellt durch Sintern von Diamantpartikeln mit einem metallischen Binder.

Ein PKD-bespitzter Bohrer hat etwa 4-mal die Standzeit eines Vollhartmetallwerkzeugs (2.500 Stück vs. 10.000) und kann 25 % schneller laufen, was den Kostenunterschied zwischen den beiden (ca. 180 $ für Hartmetall vs. 960 $ für PKD) ausgleicht und Produktionseinsparungen ergibt.

PKD-Werkzeuge können mehrfach nachgeschliffen werden, im Gegensatz zu Vollhartmetallwerkzeugen, die nach wenigen Nachschleifungen an Durchmesser verlieren. CNC-Werkstätten nutzen oft Schneidüberwachung, Standzeitzähler und erfahrene Bediener, um Werkzeugausfälle vorherzusagen und zu verhindern, um ordnungsgemäßes Schneiden zu gewährleisten.

Eine wirtschaftliche Alternative zu Vollhartmetall ist ein Stahlwerkzeugkörper mit aufgelöteten Hartmetalleinsätzen, der Kosten um bis zu 75 % reduziert. Andere Optionen umfassen HSS-Werkzeuge und hartmetallbestückte Werkzeuge, die von kleineren CNC-Werkstätten aus Kosteneffizienzgründen bevorzugt werden.

6. Werkzeughersteller-Auswahl

Wie bei jeder Lieferantenpartnerschaft gedeihen ein Werkzeughersteller und eine CNC-Werkstatt durch Vertrautheit. Die strategische Investition einer großen Werkstatt in etwa sieben bis acht Werkzeughersteller – jeder spezialisiert auf spezifische Herausforderungen wie Vollhartmetall, Kombiwerkzeuge, PKD-bespitzte Werkzeuge – fördert Vertrauen und schafft Vorteile (erhöhte Einkaufsmacht, beschleunigte Projekte oder die Bereitschaft, die Extrameile zu gehen, um einen Kunden zufriedenzustellen). Wieder haben größere, erfahrenere CNC-Werkstätten hier den Vorteil.

Ingenieure in großen CNC-Werkstätten konzipieren und designen über ¾ aller benötigten Werkzeuge innerhalb dieser Werkstatt. Beispielsweise, wenn das Projekt ein wendbares Kombiwerkzeug erfordert, sendet der Ingenieur die Teilzeichnung und das Modell an den Werkzeughersteller-Vertreter und gemeinsam vervollständigen sie das Design. Diese praxisnahe Verbindung führt zu einem zuverlässigeren Gesamtprojekt. Kleine CNC-Werkstätten müssen sich vollständig auf ihren Werkzeughersteller-Vertreter für Design- und Engineering-Expertise verlassen.

7. Planung

Wenn Ingenieure bestimmen, wie ein neues Projekt in der Werkstatt abgeschlossen wird, erstellen sie oft ein Best-Case-Szenario (bestes Werkzeug, aggressive Zykluszeiten, High-End-Vorrichtungen) und haben dann auch einen „Plan B“ (günstigeres Werkzeug, weniger leistungsstarke Maschinen usw.). Die Versuchung besteht darin, wettbewerbsfähig zu bleiben, indem man eine günstigere Option wählt, was normalerweise bedeutet, dass das Werkzeug leidet.

Der Fehler in diesem Denken übersehen potenzielle Werkzeugherausforderungen, die nicht nur die Kosten des ursprünglichen Best-Case-Szenarios erreichen, sondern auch die zusätzlichen Kosten von verschwendeter Zeit beinhalten. Deshalb berücksichtigen High-End-, erfahrene, selbstbewusste CNC-Werkstätten „Plan B“-Optionen nicht ernsthaft. Die Führung versteht den Wert der sofortigen Auswahl hochwertiger Materialien und der Verwendung der besten Prozesse, um einen Job abzuschließen, und bleibt vorn, während die Konkurrenz hinterherjagt.

8. Erfahrung der Werkstatt

Einige CNC-Werkstätten haben erfahrenere Mitarbeiter als andere. Nichts kann den Einblick ersetzen, der aus Jahrzehnten erfolgreicher Projekte mit CNC-Maschinen gewonnen wird. Diese Vorreiter sind vertraut mit der Abwicklung von Projekten vom Design bis zur Montage. Sie haben die richtigen Prozesse sowie viele der richtigen CNC-Werkzeuge an Ort und Stelle.

Wie kann also ein Aufsteiger zu einer erfahrenen CNC-Werkstatt stoßen? Schließlich ist das Auswählen von Werkzeugen keine Fertigkeit, die in den besten CNC-Hochschulklassen oder Trainingssitzungen gelehrt wird. In diesem Fall ist es ein Beispiel für Stammeswissen: Expertise, die von Ingenieur zu Ingenieur weitergegeben wird, meist innerhalb von High-End-CNC-Werkstätten.

Wie können Sie die Fähigkeiten einer Werkstatt bei der Auswahl von CNC-Werkzeugen bewerten, ohne ihre Arbeit an Ihrem Projekt zu sehen? Es ist eine schwierige Aufgabe. Suchen Sie zuerst nach Erfahrung und fragen Sie nach Referenzen. Prüfen Sie auch diese drei Anzeichen, dass eine CNC-Werkstatt weiß, wie man die richtigen Werkzeuge für komplexe Teile auswählt.

Nun wissen Sie, was CNC-Werkzeuge leisten können und worauf Ingenieure achten sollten bei der Auswahl von CNC-Schneidwerkzeugen. Als Nächstes erfahren Sie, wie Sie Ihre CNC-Werkzeugpraktiken maximieren, indem Sie CNC-Werkzeugverbesserungen und Partnerschaften: Ein Leitfaden zur Lösung spezifischer Werkzeugprobleme lesen. Klicken Sie auf den Link unten für Ihre Kopie.

Über den Autor

Dan sorgt dafür, dass die Maschinen bei Stecker Machine schnell laufen. Er optimiert Schneidwerkzeuge und Programme für Spitzenleistung, korrigiert Fertigungsprobleme und entwirft und wählt fortschrittliche Werkzeuge für neue Aufträge und Produktverbesserungen. Er begann seine Karriere in einem Werkzeug- und Formenbau, trat SMC bei, als die CNC-Fertigung gerade Fuß fasste. Bei SMC stieg er vom Maschinenbediener zum Continuous Improvement Engineer auf und implementierte Verbesserungen, die in den letzten Jahren etwa 500.000 $ einsparten.