모든 CNC 작업장 관리자는 동일한 경제적 문제에 직면해 있습니다. 공구를 너무 자주 교체하면 놀라운 속도로 탄화물이 연소됩니다. 공구의 최적 수명이 지나면 부품 폐기, 공작물 손상, 절단기 파손 위험이 있습니다. 이러한 극단 사이 어딘가에 부품당 총 제조 비용이 최소화되는 최적의 지점이 있습니다. 균형을 찾으려면 도구 비용뿐만 아니라 모든 도구 변경 및 모든 실패와 관련된 숨겨진 비용을 이해해야 합니다.
절삭 공구의 직접 비용은 간단합니다. 솔리드 초경 엔드밀의 가격은 30~150달러입니다. 선삭 공구용 인서트는 8~20달러 정도입니다. 이 숫자는 추적하기 쉽습니다. 그러나 툴링의 실제 비용에는 훨씬 더 많은 비용이 포함됩니다. 작업자가 무딘 공구를 교체하기 위해 기계를 멈출 때마다 스핀들 유휴 시간이 누적됩니다. 도구 교체에는 2~5분 정도 걸릴 수 있습니다. 시간당 100달러의 기계 속도에서 해당 유휴 시간은 변경당 대략 3~8달러의 비용이 듭니다. 운영자의 인건비까지 합치면 그 숫자는 더 높아진다. 주기가 짧은 부품에서 공구를 자주 교체하면 부품당 인건비가 두 배로 늘어날 수 있습니다.
반면, 경제적 수명이 지난 공구를 사용하면 비용이 달라집니다. 마모된 커터는 더 높은 절삭력을 발생시켜 기계 전력 소비를 늘리고 휘어짐의 위험이 있습니다. 표면 마감이 저하되어 잠재적으로 부품이 공차를 벗어나게 됩니다. 가장 큰 비용이 드는 결과는 치명적인 도구 오류입니다. 부러진 엔드밀은 가공물에 흠집을 내거나 고정 장치를 파괴하거나 기계 스핀들을 손상시킬 수도 있습니다. 스핀들을 교체하려면 수만 달러의 비용이 들고 며칠 간의 가동 중지 시간이 소요됩니다. 단조 티타늄 항공우주 부품과 같은 고가의 부품 하나를 망치는 사소한 공구 파손만으로도 수백 번의 공구 교체로 인한 비용 절감 효과가 사라질 수 있습니다.
최적의 공구 수명 균형점은 고정된 수치가 아닙니다. 배치 크기, 부품 가치, 재료 및 기계 활용도에 따라 다릅니다. 저렴한 알루미늄 부품을 대량 생산하려면 도구를 자주 교체하는 것이 수학적으로 유리합니다. 부품 100개당 몇 달러를 절약하기 위해 도구를 사용하는 것은 도구가 파손되어 자동화된 셀이 중단되는 위험을 감수할 만큼 가치가 없습니다. 많은 대량 판매점에서는 안전 여유를 확보하기 위해 예상 수명의 70%에 공구를 교체합니다. 툴링 비용의 소폭 증가는 중단 없는 생산으로 상쇄됩니다.
의료용 임플란트나 금형 캐비티와 같이 부피가 작고 가치가 높은 부품의 경우 계산이 변경됩니다. 단일 스크랩 부품의 가치는 수천 달러에 달할 수 있습니다. 이러한 환경에서는 보수적인 공구 수명 제한이 합리적입니다. 공장에서는 스핀들 부하나 음향 방출을 측정하여 고장이 나기 전에 마모를 감지하는 공구 모니터링 시스템을 사용하는 경우가 많습니다. 임의의 시간 제한이 아닌 실제 조건에 따라 도구를 변경합니다. 이 접근 방식을 사용하면 부품에 대한 위험을 감수하지 않고도 더 많은 도구 잠재력을 사용할 수 있습니다. 하드웨어 모니터링에 대한 투자는 몇 가지 구성 요소를 절약한 후에 그 자체로 가치를 발휘합니다.
절단되는 재료는 최적의 변경 빈도에 큰 영향을 미칩니다. 알루미늄은 용서합니다. 마모된 엔드밀은 파손되기 훨씬 전에 버(burr)와 떨림(chatter)을 발생시켜 경고 신호를 보냅니다. HRC 50이 넘는 경화강은 경고가 거의 발생하지 않습니다. 마모된 세라믹 또는 CBN 인서트가 갑자기 파손되어 가공물이 손상될 수 있습니다. 고경도 선삭 및 내열합금의 경우 보수적인 공구 교환 간격이 필수적입니다. 인코넬을 사용하는 일부 공장에서는 부품이 파손될 때마다 인서트를 교체합니다. 그 이유는 해당 재료의 파손된 공구 비용이 인서트 가격을 훨씬 초과하기 때문입니다.
배치 크기도 중요한 역할을 합니다. 5개 부품을 실행하는 경우 공구 교체 비용은 5개 부품에만 분산됩니다. 해당 실행 중에 도구를 두 번 변경하면 10분의 유휴 시간이 추가될 수 있으며 이는 전체 주기 시간의 50%에 해당할 수 있습니다. 단기 실행에서는 공구가 확실히 마모될 때까지 공구를 작동하고 잦은 정지를 피하기 위해 약간 낮은 표면 조도를 허용하는 것이 경제적인 경우가 많습니다. 500개 부품을 실행하는 경우 50개 부품마다 2분간 공구를 교체하면 부품당 4초만 추가되므로 오버헤드는 무시할 수 있습니다.
자동화는 재평가를 강요합니다. 로봇 작업 셀과 팔레트 시스템은 무인 작업에 의존합니다. 자정에 공구가 파손되면 기계는 아침까지 계속 작동하여 몇 시간 동안 스크랩을 생성할 수 있습니다. 소등 제조에서는 밤새 작동하는 동안 실패 확률이 거의 0이 되도록 공구 수명을 보수적으로 설정해야 합니다. 일부 작업장은 중복 공구를 사용하여 인접한 포켓에 중복 공구를 로드하여 마모 한계에 도달하면 기계가 자동으로 새로운 커터로 변경되도록 합니다. 이렇게 하면 툴링 비용이 추가되지만 하룻밤 사이에 실패할 위험이 제거됩니다.
최적의 균형을 찾는 실용적인 방법은 시간이 지남에 따라 세 가지 숫자를 추적하는 것입니다. 첫째, 평균 공구 수명(분)은 절삭 시간입니다. 둘째, 홀더 분할 상환 및 설정 인건비를 포함한 도구당 비용입니다. 셋째, 공구 마모로 인한 불량률입니다. 도구 변경 빈도가 다양함에 따라 부품당 총 비용을 그래프로 표시합니다. 곡선은 일반적으로 U자 모양입니다. 너무 자주 변경하면 툴링 및 유휴 시간 비용이 증가합니다. 너무 자주 변경하지 않으면 폐기 및 재작업 비용이 증가합니다. 최소점은 일반적으로 최대 수명의 60~80% 사이에서 공구를 교체할 때 발생합니다. 도구 마모 데이터를 종교적으로 기록하는 상점에서는 각 도구 재료 조합에 대해 이러한 수치를 구체화할 수 있습니다.
경제성도 공구 재연마에 달려 있습니다. 많은 초경 엔드밀과 드릴은 원래 비용보다 훨씬 적은 비용으로 2~3회 재연삭할 수 있습니다. 이것은 방정식을 극적으로 변화시킵니다. 재연마 도구는 초기 비용이 낮지만 수명이 약간 단축될 수 있습니다. 재연삭 공구의 최적 교환 빈도는 일반적으로 추가 교환으로 인한 비용 불이익이 더 작기 때문에 더 짧습니다. 사내 공구 연삭 기능을 갖춘 작업장은 소모품 예산을 늘리지 않고도 공구를 더 자주 변경할 수 있습니다.
궁극적으로 가장 좋은 균형점은 동적 목표입니다. 부품 형상, 재료 및 기계 성능이 변경됨에 따라 최적의 도구 변경 빈도도 변경됩니다. 가장 수익성이 높은 상점은 추측하지 않습니다. 그들은 스핀들 로드 모니터, 공구 터치 세터 및 데이터 수집 소프트웨어를 사용하여 기계를 계측합니다. 그들은 공구 수명을 공구 카탈로그의 고정된 규칙이 아닌 최적화를 위한 변수로 취급합니다. 최적의 균형을 찾으려면 규율과 측정이 필요하며, 실제 한계가 어디에 있는지 알아보기 위해 때때로 도구를 실패로 몰아가려는 의지도 필요합니다. 이에 대한 보상은 부품당 총 비용이 낮아지고 작업 현장에서 예상치 못한 일이 줄어드는 것입니다.
