Come calcolare il costo della lavorazione CNC
Lavorazione CNC rappresenta una tecnica di produzione sottrattiva innovativa e complessa, in cui una materia prima metallica o plastica tecnica subisce una trasformazione in componenti complessi. La domanda di pezzi lavorati a CNC rimane eccezionalmente elevata in vari settori, tra cui quello aerospaziale, medico, automobilistico, dei prodotti di consumo e della robotica.
Come funziona la lavorazione CNC?
Quando il sistema CNC viene attivato, il software viene programmato con i tagli desiderati, che vengono poi eseguiti dagli strumenti e dai macchinari corrispondenti, che funzionano in modo simile a un robot.
Nella programmazione CNC, il generatore di codice all'interno del sistema numerico presuppone tipicamente il funzionamento impeccabile dei meccanismi, nonostante la possibilità di errori, soprattutto quando alla macchina CNC viene richiesto di eseguire tagli simultanei in più direzioni. Il posizionamento di un utensile in un sistema di controllo numerico è definito da una sequenza di input nota come part program.
In pratica c’è molto altro da considerare. I materiali induriti necessitano di una macchina CNC più potente e di utensili da taglio più costosi, con conseguenti costi più elevati. I materiali più grandi comportano un rischio maggiore di guasto, con conseguente preventivo più elevato. Uno spessore di parete troppo sottile o tagli troppo stretti richiedono particolare attenzione durante la lavorazione, con conseguenti costi più elevati. Ci sono molti altri fattori da considerare quando si calcola il costo.
Fattori che influenzano il costo del CNC
Complessità delle parti
La complessità delle parti è un fattore significativo che influenza notevolmente il prezzo dei servizi di lavorazione CNC. La lavorazione di parti complesse tende ad essere più costosa perché il costo è direttamente proporzionale alla complessità del progetto. Più una parte è complessa, più tempo è necessario per impostare la macchina CNC e per rendere corretto il programma CNC, nonché maggiore è anche il tasso di guasti, tutto ciò si traduce in costi più elevati. È importante considerare i vari elementi che contribuiscono al costo complessivo, come il tempo di setup, il numero di setup richiesti, il tempo di programmazione e il tempo di lavorazione, poiché questi fattori si accumulano rapidamente.
Per mitigare i costi associati alla complessità della parte, è consigliabile incorporarla Design per la producibilità (DFM) principi. Quando si progettano parti per la lavorazione CNC, è meglio considerare le tecniche e le capacità di produzione scelte. Il DFM di base per la lavorazione CNC include l'evitare pareti sottili, evitare angoli acuti, evitare aree strette, utilizzare facce curve complesse solo necessarie e provare a integrare le caratteristiche in un numero piuttosto ridotto di lati (ridurre la possibilità di lavorazione multiasse).
Anche se a volte l'utilizzo di una macchina a 5 assi anziché a 3 assi può migliorare l'efficienza, il costo di ammortamento orario di una macchina a 5 assi è sostanzialmente più alto di quello di una macchina a 3 assi, così come lo stipendio del programmatore che può gestire più complicata programmazione a 5 assi. In generale, dovremmo sempre evitare di utilizzare i 5 assi quando possibile. Limitare il processo di lavorazione CNC a poche facce del pezzo può anche ridurre la complessità e i costi associati. Integrando il feedback DFM nel processo di progettazione, è possibile ottimizzare la produzione e ridurre al minimo le spese.
Selezione della materia prima
Nel calcolare il costo della lavorazione CNC, la selezione delle materie prime è un altro aspetto cruciale da considerare. In genere, per la maggior parte dei progetti di lavorazione CNC vengono spesso scelti quattro metalli comuni: titanio, acciaio, acciaio inossidabile e alluminio. Ciascuna opzione di materiale ha le proprie implicazioni in termini di costi e proprietà uniche:
Titanio
Il titanio è l'opzione più costosa ma offre un eccellente rapporto resistenza-densità. È la scelta preferita per le applicazioni che richiedono elevata resistenza e peso ridotto. Il titanio ha circa la metà del peso dell'acciaio a parità di resistenza. Per la lavorazione CNC, questo materiale è particolarmente difficile da maneggiare, non solo a causa della sua durezza ma anche della sua scarsa conduttività termica. Il calore generato durante la lavorazione del titanio potrebbe facilmente accumularsi attorno alla punta dell'utensile da taglio e causare guasti. Questi problemi aggiuntivi rendono la lavorazione del titanio più costosa.
Alluminio
L'alluminio è relativamente meno costoso rispetto al titanio e fornisce un'opzione leggera con buone caratteristiche di resistenza. Viene comunemente utilizzato quando la riduzione del peso è una priorità.
Acciaio
L'acciaio è una scelta conveniente con una densità maggiore rispetto all'alluminio e al titanio. È noto per la sua resistenza e durata, che lo rendono adatto a varie applicazioni. Ovviamente è più facile lavorare una parte in acciaio che una parte in titanio ma più dura di una parte in alluminio. Lo stesso vale per il costo.
Acciaio inossidabile
Il costo della lavorazione CNC di parti in acciaio inossidabile varierà notevolmente a seconda del tipo di acciaio inossidabile. SUS 630e SUS 316 sono molto difficili da lavorare. Anche il SUS 304 è difficile da lavorare, ma non così dannoso come il SUS630. SUS303 è molto facile da lavorare ed è più facile da lavorare rispetto alla maggior parte degli acciai al carbonio. Sicuramente costa di più per la lavorazione CNC quando i materiali sono più difficili da lavorare.
E anche per lo stesso materiale, il diverso stato di indurimento comporta costi diversi. È importante notare che la selezione di materiali più duri può aumentare i costi di lavorazione a causa dell'usura più rapida dell'utensile e della necessità di una manutenzione più frequente per mantenere l'affilatura, il che aumenta il costo per pezzo.
Vale anche la pena ricordare che le superleghe moderne possiedono una resistenza eccezionale e altre proprietà materiali desiderabili, ma hanno un prezzo più elevato. Pertanto, è fondamentale considerare attentamente i costi dei materiali e scegliere i materiali appropriati in base al rapporto costo-efficacia e ai requisiti specifici del progetto.
Costo del lavoro
Una volta impostato, il processo di lavorazione CNC funziona con un intervento umano minimo. Tuttavia, alcuni ruoli come programmatore, macchinista e ingegnere sono ancora necessari per il successo dell'operazione. I seguenti punti evidenziano l’importanza di questi ruoli e il loro impatto sui costi di lavorazione CNC:
Programmazione
Un programmatore è responsabile della conversione di un file di progettazione assistita da computer (CAD) in un file di produzione assistita da computer (CAM). Sebbene i progressi nella tecnologia AutoCAD consentano la programmazione automatizzata dei percorsi utensile, per progetti complessi potrebbe ancora essere necessaria l'esperienza di un programmatore. La disponibilità di opzioni di programmazione automatizzata ha ridotto la dipendenza dal coinvolgimento umano per questo passaggio.
lavorazione a macchina
Un macchinista esperto svolge un ruolo cruciale nella configurazione delle macchine CNC per la produzione. Ciò comporta attività come il taglio della billetta, il caricamento dei materiali e la supervisione del processo di lavorazione. Il costo della lavorazione è influenzato da fattori come il numero di parti prodotte e la complessità delle operazioni di lavorazione coinvolte.
Controllo qualità e post-elaborazione
Il costo della lavorazione CNC comprende anche considerazioni sul controllo qualità e sulle attività di post-elaborazione. Le misure di controllo della qualità garantiscono che le parti lavorate soddisfino i requisiti e gli standard specificati. Inoltre, le fasi di post-elaborazione come la finitura superficiale, la sbavatura e l'ispezione possono variare a seconda dei diversi settori e possono incidere sul costo complessivo.
Tipo di attrezzatura richiesta
Il costo della lavorazione CNC è influenzato da vari fattori, tra cui le attrezzature, gli strumenti o le macchine specifiche utilizzate nel processo di produzione. Le macchine moderne possono essere piuttosto costose e i centri di lavoro a 5 assi ne sono un ottimo esempio. Queste macchine avanzate offrono un'ampia gamma di funzioni, che le rendono adatte alla produzione di parti complesse.
In generale, la complessità e le capacità delle apparecchiature influiscono sul costo per unità di tempo. Le macchine semplicistiche tendono ad essere più convenienti in termini di spese di produzione. Ad esempio, i normali torni CNC sono meno costosi da utilizzare rispetto ai torni CNC verticali e le fresatrici sono generalmente più convenienti dei centri di lavoro CNC.
Come calcolare il costo
Oltre a conoscere i fattori che influenzano il costo, dobbiamo anche sapere come calcolarlo. Il costo totale della lavorazione CNC è suddiviso in più parti:
Calcolo del costo del materiale
Il calcolo del costo del materiale nella lavorazione CNC comporta la determinazione del costo delle materie prime necessarie per produrre le parti lavorate. I passaggi seguenti descrivono il processo:
Selezione del materiale
Scegli la materia prima appropriata in base alle specifiche e ai requisiti della parte, considerando fattori quali robustezza, durata e resistenza chimica.
Quantità di materiale
Determinare la quantità di materiale necessaria per ciascuna parte, tenendo conto delle dimensioni, delle tolleranze e di eventuali sprechi.
Costo del materiale per unità
Determinare il costo della materia prima per unità (ad esempio, per chilogrammo, per metro quadrato, ecc.). Questo costo può essere ottenuto dai fornitori o basato sui prezzi di mercato.
Calcolo del costo del materiale
Moltiplicare la quantità di materiale per il costo unitario per calcolare il costo totale del materiale per la produzione della parte.
Calcolo dei costi degli utensili
Il calcolo dei costi degli utensili nella lavorazione CNC comporta la determinazione del costo associato agli strumenti necessari per il processo di lavorazione. I passaggi seguenti descrivono il processo:
Identificazione degli strumenti richiesti
Identificare gli strumenti specifici necessari per ciascuna operazione di lavorazione, comprese frese, punte, maschi, alesatori, inserti e qualsiasi strumento specializzato richiesto per la parte.
Stima della durata dell'utensile
Determinare la durata utensile stimata per ciascun utensile in base a fattori quali il materiale dell'utensile, le condizioni di taglio e il materiale da lavorare. La durata dell'utensile può essere ottenuta dalle raccomandazioni dei produttori di utensili o dall'esperienza passata.
Costo per strumento
Determina il costo di ciascuno strumento in base ai prezzi del fornitore o alle tariffe di mercato.
Calcolo del costo dell'attrezzatura
Moltiplicare il costo per utensile per il numero di utensili necessari per ciascuna operazione, tenendo conto della durata dell'utensile e del numero di sostituzioni dell'utensile necessarie per il ciclo di produzione.
Calcolo del costo del lavoro
Il calcolo del costo della manodopera nel calcolo dei costi di lavorazione CNC implica la determinazione del costo associato al lavoro umano coinvolto nel processo di lavorazione. I passaggi seguenti descrivono il processo:
Determinare le tariffe della manodopera
Ottieni le tariffe orarie della manodopera per i diversi ruoli coinvolti nelle lavorazioni CNC, come programmatori, macchinisti e ingegneri. Queste tariffe possono variare in base a fattori quali livello di competenza, esperienza e posizione geografica.
Stima del tempo di manodopera
Analizza il processo di lavorazione e stima il tempo necessario per ciascuna attività lavorativa coinvolta, inclusa la programmazione, l'impostazione, la lavorazione, il controllo di qualità e la post-elaborazione.
Calcola il costo della manodopera
Moltiplicare le tariffe della manodopera per il tempo di manodopera stimato per ciascuna attività per calcolare il costo della manodopera per quell'attività specifica.
Riepilogare i costi del lavoro
Sommare i costi di manodopera per tutte le attività per ottenere il costo totale di manodopera per il processo di lavorazione CNC.
Calcolo dei costi generali
Il calcolo dei costi generali nella lavorazione CNC comporta la determinazione dei costi indiretti associati al funzionamento complessivo dell'impianto di lavorazione. I passaggi seguenti descrivono il processo:
Identificare le spese generali
Identificare le varie spese generali sostenute nell'impianto di lavorazione CNC. Tali spese possono includere affitto, utenze, assicurazioni, manutenzione e riparazioni, ammortamento delle attrezzature, costi amministrativi, benefici per i dipendenti e altri costi indiretti.
Determinare il metodo di allocazione dei costi
Selezionare un metodo di allocazione dei costi appropriato per distribuire le spese generali tra le attività di produzione. I metodi comuni includono le ore di manodopera diretta, le ore macchina o una percentuale dei costi di manodopera diretti. Scegli il metodo che meglio riflette il rapporto tra i costi generali e le attività produttive.
Raccogliere dati
Raccogliere i dati necessari relativi al metodo di allocazione dei costi scelto. Ciò include il numero di ore di manodopera o di ore macchina utilizzate, i costi diretti di manodopera o qualsiasi altro dato rilevante richiesto per l'allocazione dei costi generali.
Calcolare la tariffa generale
Dividere le spese generali totali per la base di allocazione appropriata (ad esempio, ore di manodopera diretta, ore macchina o costi diretti di manodopera) per calcolare la tariffa generale per unità di allocazione.
Applicare il tasso generale
Moltiplicare la tariffa generale per la base di allocazione effettiva utilizzata nelle attività di produzione per determinare il costo generale assegnato a ciascuna unità o lavoro.
Riepilogare i costi generali
Sommare i costi generali assegnati per tutte le unità o lavori per ottenere il costo generale totale per il processo di lavorazione CNC.
Conclusione
In conclusione, il calcolo del costo della lavorazione CNC implica considerare diversi fattori che contribuiscono alle spese complessive. I fattori chiave includono la complessità della parte, la selezione delle materie prime, il costo degli utensili, i costi della manodopera e le spese generali. Analizzando questi fattori ed eseguendo i calcoli necessari, è possibile ottenere una stima più accurata del costo della lavorazione CNC.
È importante valutare attentamente ciascun componente e considerare strategie di ottimizzazione come il feedback sulla progettazione per la producibilità (DFM) e la selezione dei materiali per ridurre i costi senza compromettere la qualità. Inoltre, la revisione e l'adeguamento periodici dei metodi di allocazione dei costi e delle tariffe per le spese generali aiutano a garantire calcoli accurati dei costi. Valutando attentamente questi elementi, le aziende possono prendere decisioni informate e gestire in modo efficace i costi associati ai processi di lavorazione CNC.