Was ist Werkzeugmanagement
Das Werkzeugmanagement steuert Auswahl, Einsatz, Standzeit und Nachschub von Zerspanwerkzeugen und Vorrichtungen in der Fertigung, damit Gutteile zu den niedrigsten Stückkosten entstehen. Es geht nicht darum, wenig für Wendeplatten auszugeben, sondern um die Gesamtkosten des Teils: Ein billiges Werkzeug mit falscher Schnittgeschwindigkeit kann teuer werden.
Die Standzeit legt fest, wie viele Teile eine Schneide fertigt, bevor sie gewechselt wird. Die Stückkosten setzen sich aus drei Anteilen zusammen: Maschinenzeit, verbrauchtes Werkzeug und Zeitverlust beim Wechsel.
Visuelle Übersicht zum Werkzeugmanagement
Die Karte zeigt die Standzeit nach Taylor, die Stückkostenformel und die Geschwindigkeitstabelle des Beispiels.
Standzeit: die Taylor-Gleichung
Der klassische Zusammenhang zwischen Schnittgeschwindigkeit und Standzeit ist die Taylor-Gleichung:
V × Tn = C
V ist die Schnittgeschwindigkeit, T die Standzeit in Minuten, n ein Exponent der Werkzeug-Werkstoff-Paarung und C eine Konstante. Beim Vergleich zweier Bedingungen: T2 = T1 × (V1 ÷ V2)1/n. Mit n = 0,25 (beispielhaft; der reale Wert stammt aus dem Katalog oder einem Versuch) senken 20 % mehr Geschwindigkeit die Standzeit auf 60 × (1 ÷ 1,2)4 ≈ 29 Minuten, also auf weniger als die Hälfte. Kleine Geschwindigkeitsgewinne gehen stark zulasten des Werkzeugs.
Formel der Stückkosten
Stückkosten = Maschinenkosten + Werkzeugkosten + Wechselkosten
- Maschine: Maschinenstundensatz ÷ 60 × Zykluszeit (min). Siehe den Maschinenstundensatz.
- Werkzeug: Preis je Schneide ÷ Teile je Schneide.
- Wechsel: (Wechselzeit × Maschinenkosten je Minute) ÷ Teile je Schneide.
Teile je Schneide = Standzeit der Schneide (min) ÷ Schnittzeit je Teil (min).
Gerechnetes Beispiel: welche Geschwindigkeit ist am günstigsten
Fiktives Drehbeispiel. Daten: Maschinenstundensatz 180 (3,00 je Minute), Schnittzeit 2,0 min je Teil bei aktueller Geschwindigkeit, Standzeit 60 min je Schneide, Wendeplatte mit 2 Schneiden zu 36 (18 je Schneide), Wechselzeit 3 min, n = 0,25. Da die Zykluszeit nur Schnittzeit ist, sinkt sie proportional zur Geschwindigkeit. Die Währung ist beliebig.
Bei aktueller Geschwindigkeit: 60 ÷ 2,0 = 30 Teile je Schneide. Maschine: 3,00 × 2,0 = 6,00. Werkzeug: 18 ÷ 30 = 0,60. Wechsel: 3,00 × 3 ÷ 30 = 0,30. Summe: 6,90 pro Teil.
| Geschwindigkeit | Standzeit (min) | Zyklus (min) | Teile/Schneide | Maschine | Werkzeug | Wechsel | Summe je Teil |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| −20 % | 146 | 2,50 | 58,6 | 7,50 | 0,31 | 0,15 | 7,96 |
| −10 % | 91 | 2,22 | 41,2 | 6,67 | 0,44 | 0,22 | 7,32 |
| 0 % | 60 | 2,00 | 30,0 | 6,00 | 0,60 | 0,30 | 6,90 |
| +10 % | 41 | 1,82 | 22,5 | 5,45 | 0,80 | 0,40 | 6,65 |
| +20 % | 29 | 1,67 | 17,4 | 5,00 | 1,04 | 0,52 | 6,56 |
| +30 % | 21 | 1,54 | 13,7 | 4,62 | 1,32 | 0,66 | 6,59 |
Das Kostenminimum liegt im Beispiel bei +20 % (6,56); bei +30 % steigt es bereits auf 6,59, weil die Standzeit auf 21 Minuten fällt und Wechsel stärker ins Gewicht fallen. Die Kurve ist nahe dem Minimum flach: +10 % kostet 6,65, nur 0,09 mehr, bei 41 Minuten Standzeit und mehr Reserve gegen Bruch und Maßdrift. Von 6,90 auf 6,56 (+20 %) zu kommen spart 0,34 je Teil, rund 4,9 %. Bei 10.000 Teilen im Monat sind das 3.400.
So organisieren Sie das Werkzeugmanagement
- Jedes Werkzeug erfassen mit Code, Geometrie, Sorte, Einsatz und Preis je Schneide.
- Standzeit per Kriterium festlegen, nicht nach Gefühl: Teile je Schneide, Schnittminuten oder gemessener Freiflächenverschleiß.
- Schnittparameter standardisieren in der Standardarbeit, mit Geschwindigkeit, Vorschub und Schnitttiefe je Operation.
- Werkzeuge außerhalb der Maschine voreinstellen, um den Stillstand beim Wechsel zu verkürzen; die Logik entspricht dem SMED.
- Bestand der Werkzeugausgabe steuern mit der ABC-Analyse: Wenige Positionen verursachen einen großen Teil der Kosten.
- Standzeitende erfassen: Der Wechselgrund (Verschleiß, Bruch, Ausbruch) zeigt, was anzupassen ist.
Kennzahlen der Werkzeugausgabe
| Kennzahl | Formel |
|---|---|
| Werkzeugkosten je Teil | Werkzeugausgaben ÷ Gutteile |
| Mittlere Standzeit je Schneide | Teile (oder Minuten) ÷ verbrauchte Schneiden |
| Stillstand durch Wechsel | Wechselminuten ÷ geplante Minuten |
| Brüche je tausend Teile | Brüche ÷ Teile × 1.000 |
Wechselstillstände zählen zu den Verfügbarkeitsverlusten der OEE. Hochwertige Werkzeuge und Zubehör gehören in die Betrachtung der Gesamtkosten (TCO). Kritische Ersatzteile wie Dorne und Spannzangen folgen der Logik von Ersatzteilen und MRO.
Häufige Fehler
- Nach dem Plattenpreis urteilen: Eine billige Platte mit halber Standzeit kostet pro Teil mehr, wenn die Maschine teuer ist.
- Wechselkosten ignorieren: Bei Maschinen mit hohem Stundensatz wiegt jede Stillstandsminute schwerer als die Platte.
- Erst bei Bruch wechseln: Fortgeschrittener Verschleiß verschlechtert Oberfläche und Maße und erzeugt Ausschuss.
- Katalog-n ohne Versuch nutzen: Die Gleichung ist eine Näherung; mit einem Versuch am eigenen Werkstoff validieren.
- Geschwindigkeit erhöhen, ohne den Rest zu prüfen: Oberfläche, Schwingung und Bruch ändern sich ebenfalls.
Häufige Fragen
Was ist die Standzeit eines Werkzeugs?
Die Schnittzeit (oder Teilezahl), die eine Schneide bis zum Standzeitkriterium fertigt, etwa Freiflächenverschleiß oder Maßverlust.
Wie berechnet man die Stückkosten in der Zerspanung?
Maschinenkosten (Zykluszeit × Kosten je Minute), Schneidenkosten je Teil und Wechselkosten geteilt durch Teile je Schneide addieren.
Wozu dient die Taylor-Gleichung?
Sie schätzt, wie eine geänderte Schnittgeschwindigkeit die Standzeit verändert: T2 = T1 × (V1 ÷ V2)^(1/n).
Senkt höhere Geschwindigkeit immer die Kosten?
Nein. Sie verkürzt die Zykluszeit, aber auch die Standzeit. Das Kostenminimum liegt dort, wo die Summe am kleinsten ist, und die Kurve ist dort meist flach.
Was ist Werkzeugvoreinstellung?
Das Messen und Einstellen des Werkzeugs im Halter außerhalb der Maschine, damit der Wechsel ohne Einrichtzeit erfolgt und der Stillstand kürzer ist.
Wer verantwortet das Werkzeugmanagement im Werk?
Meist die Werkzeugausgabe oder die Prozessplanung, unterstützt von der Produktion, die Standzeitende und Wechselgrund erfasst.
Quellen
- TAYLOR, F. W. On the Art of Cutting Metals. Transactions of the ASME, 1907.
- KÖNIG, W.; KLOCKE, F. Fertigungsverfahren 1: Drehen, Fräsen, Bohren. Springer.
- GROOVER, M. P. Fundamentals of Modern Manufacturing. Wiley.
Zum Weiterlernen: verlässliche Quellen und Links
- Sebrae: gestão, custos e finanças para empresas (auf Portugiesisch)
- ABEPRO: Associação Brasileira de Engenharia de Produção (auf Portugiesisch)
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Über den Autor
Spezialist für Lean Manufacturing und Verhaltensmanagement
Über 20 Jahre in der Automobil- und Metallindustrie (GM und Dana), Praktiker für Lean Manufacturing seit 2006. SENAI-Dozent und Mentor im brasilianischen Programm Brasil Mais Produtivo, mit Beratung, Schulung und Audits für über 50 Unternehmen. Er verbindet Qualität, Produktivität und Personalentwicklung.
