CNC-Kalkulation in Excel: Tabelle und Grenzen

Eine Tabellenkalkulation kann einen guten Preis für ein CNC-Teil liefern und hat einen echten Vorteil: Jede Formel ist sichtbar, also kann jeder im Betrieb sie prüfen. Unten bauen wir eine solche Tabelle von Grund auf, mit Formeln und einem Rechenbeispiel für ein Teil, und zeigen dann fünf Stellen, an denen die Tabelle mehr kostet, als sie spart.

Woraus sich der Preis eines CNC-Teils zusammensetzt

Der Stückpreis ist die Summe aus vier Bestandteilen: Material, gerechnet aus dem Rohteil, Bearbeitungszeit mal Maschinenstundensatz, Vorbereitungskosten (Rüsten und Programmieren), verteilt auf das Los, und Zuschlag. Jeder Bestandteil hat eine eigene Datenquelle und einen eigenen typischen Fehler, deshalb gehören sie in der Tabelle in getrennte Zeilen.

Die gesamte Kalkulation passt in eine Formel:

$$P = \left(K_M + K_F + \frac{K_R}{Q}\right) \cdot (1 + Z)$$

mit:

• $P$ - Nettostückpreis [EUR/Stk.],
• $K_M$ - Materialkosten je Stück [EUR],
• $K_F$ - Fertigungskosten je Stück [EUR],
• $K_R$ - Rüst- und Programmierkosten für den ganzen Auftrag [EUR],
• $Q$ - Losgröße [Stk.],
• $Z$ - Zuschlag auf die Kosten, z. B. $0{,}20$ für 20 %.

Das Material wird aus der Masse des Rohteils gerechnet, nicht aus der des Fertigteils, denn auch die Späne bezahlen Sie dem Händler. Für Flachstahl oder Rechteckstangen gilt:

$$K_M = m_R \cdot c_{kg}, \qquad m_R = \frac{a \cdot b \cdot l \cdot \rho}{10^6}$$

mit:

• $m_R$ - Masse des Rohteils [kg],
• $c_{kg}$ - Materialpreis [EUR/kg],
• $a, b$ - Abmessungen des Handelsquerschnitts [mm],
• $l$ - Zuschnittlänge mit Sägezugabe [mm],
• $\rho$ - Dichte des Werkstoffs [g/cm³].

Die Fertigungskosten sind die Zeit je Einheit mal Maschinenstundensatz. Die Vorbereitungskosten verbinden die Rüstzeit der Maschine mit der Zeit des Programmierers, die meist einen anderen Stundensatz hat:

$$K_F = \frac{t_e}{60} \cdot S_M, \qquad K_R = \frac{t_r}{60} \cdot S_M + \frac{t_{prog}}{60} \cdot S_P$$

mit:

• $t_e$ - Zeit je Einheit, also Bearbeitungszeit eines Stücks [min],
• $t_r$ - Rüstzeit der Maschine [min],
• $t_{prog}$ - Zeit für Programmierung und Arbeitsplanung [min],
• $S_M$ - Maschinenstundensatz [EUR/h],
• $S_P$ - Stundensatz des Arbeitsvorbereiters oder Programmierers [EUR/h].

Gerüstet wird einmal je Auftrag, unabhängig von der Stückzahl. Deshalb hängt der Stückpreis so stark vom Los ab, was wir im Artikel über die teuerste Minute der CNC-Bearbeitung genauer beschreiben.

Die Tabelle Schritt für Schritt

Die Tabelle baut man am besten senkrecht auf: ein Teil, eine Spalte mit Werten, jede Eingabe in einer eigenen Zelle und jede Formel nur mit Zellbezügen, nie mit fest eingetippten Zahlen. Alle Zahlen unten sind Beispielwerte und zeigen nur die Mechanik. Sie sind keine Preisliste eines Betriebs.

Beispielteil: Gehäuse aus Aluminium EN AW-6082, 100 × 60 × 20 mm, mit einer Tasche 60 × 30 × 8 mm, vier Durchgangsbohrungen Ø6,6 und zwei Gewinden M8 mit 16 mm Tiefe. Losgröße: 20 Stück. Rohteil: Flachstange 70 × 25 mm, auf 107 mm abgesägt (104 mm Teil mit Planzugabe plus 3 mm Schnittfuge).

Spalten und Formeln

Spalte A enthält die Bezeichnungen, Spalte B die Werte. Die Formeln stehen in der Syntax des deutschen Excel (Funktion RUNDEN, Trennzeichen Semikolon):

Grafik: MetronQ

Rechenbeispiel für ein Teil

Rechnen wir dasselbe Teil von Hand nach, um die Tabelle zu prüfen. Alle Werte sind Beispielwerte. Rohteilmasse: 107 · 70 · 25 · 2,70 / 10⁶ = 0,505575 kg, also kostet das Material 0,505575 · 6,50 = 3,29 EUR. Eine Zeit je Einheit von 13 min (Fräsen 9,0 min, Bohren und Gewinden 2,5 min, Werkzeugwechsel und Eilgänge 1,5 min) ergibt bei 45 EUR/h 13 / 60 · 45 = 9,75 EUR.

Auftragsvorbereitung: Rüsten 60 min · 45 EUR/h = 45,00 EUR plus Programmieren 45 min · 30 EUR/h = 22,50 EUR, zusammen 67,50 EUR. Je Stück bei 20 Stück: 67,50 / 20 = 3,375, gerundet 3,38 EUR. Stückkosten: 3,29 + 9,75 + 3,38 = 16,42 EUR. Mit 20 % Zuschlag: 16,42 · 1,2 = 19,704, also 19,70 EUR je Stück und 394,00 EUR für den Auftrag.

Die 9,0 min Fräszeit sind nicht geschätzt. Für einen Fräser Ø10 mm mit drei Schneiden bei $v_c$ = 300 m/min und $f_z$ = 0,06 mm beträgt die Drehzahl 1000 · 300 / (π · 10) = 9.549,3, also 9.550 1/min, und der Vorschub 0,06 · 3 · 9.550 = 1.719 mm/min. Ein Werkzeugweg von 15.470 mm aus dem CAM-Programm ergibt 15.470 / 1.719 = 9,0 min. Diese Rechnung übernimmt unser Schnittdatenrechner, und das Ergebnis tragen Sie in Zelle B9 ein.

Ein Hinweis zum Zuschlag: 20 % auf die Kosten sind nicht dasselbe wie 20 % Marge im Preis. Im Beispiel beträgt der Gewinn 19,70 - 16,42 = 3,28 EUR, also etwa 16,6 % des Preises. Benennen Sie diese Zelle eindeutig, damit niemand die beiden Begriffe verwechselt.

Wie der Preis von der Losgröße abhängt

Dieselbe Tabelle, in der Sie nur Zelle B15 ändern, zeigt, wie sich die Vorbereitungskosten auf die Stücke verteilen. Beispielwerte:

Grafik: MetronQ

Bei einem Stück macht die Vorbereitung über 83 % der Kosten aus, bei hundert Stück knapp 5 %. Deshalb ist ein Angebot ohne Mengenstaffel für den Kunden schwer zu lesen, und eine Tabelle, die nur ein Los rechnet, verdeckt den wichtigsten Zusammenhang der Kalkulation. Wie Einkäufer diese Bestandteile sehen, beschreiben wir im Artikel über Kosten und Angebote in der Zerspanung.

Maschinenstundensatz: woher er kommt

Der Maschinenstundensatz ist die wichtigste Zahl in der Tabelle, weil er sowohl die Bearbeitungszeit als auch die Rüstzeit multipliziert. Er ergibt sich aus den jährlichen Kosten des Arbeitsplatzes, geteilt durch die Stunden, die die Maschine tatsächlich läuft und die sich abrechnen lassen. Ein Satz vom Wettbewerber oder aus einem Forum sagt nichts über Ihre Kosten.

$$S_M = \frac{K_J}{T_N}$$

mit:

• $S_M$ - Maschinenstundensatz [EUR/h],
• $K_J$ - jährliche Kosten des Arbeitsplatzes: Abschreibung, Bediener, Energie, Werkzeuge, Wartung, Anteil an Hallen- und Verwaltungskosten [EUR],
• $T_N$ - effektive jährliche Nutzungszeit der Maschine [h].

Im Beispiel betragen die Jahreskosten 72.000 EUR und die Nutzungszeit 1.600 h, der Satz also 72.000 / 1.600 = 45 EUR/h. Das ist ein reiner Kostensatz ohne Gewinn, deshalb kommt der Zuschlag in der Tabelle getrennt dazu. Der häufigste Fehler ist, 2.000 h oder mehr anzusetzen: Im Einschichtbetrieb läuft eine Maschine selten so viele Stunden, und jede Stillstandsstunde muss von den verkauften Stunden getragen werden.

Jede Maschine im Betrieb braucht einen eigenen Satz. Ein Fünfachszentrum und eine einfache Zweiachsdrehmaschine mit demselben Satz zu rechnen, ist ein sicheres Rezept dafür, einfache Teile zu verlieren und an schwierigen Geld zu verlieren.

Fünf Stellen, an denen die Tabelle versagt

Die Formeln in einer Tabelle stimmen meist. Das Problem sind die Daten, die hineinkommen: Jede Zahl wird von der Zeichnung abgelesen, gezählt oder aus dem Gedächtnis geschätzt, und die Tabelle prüft das nicht. Hier sind die fünf Stellen, an denen das am häufigsten passiert, jeweils mit einem Beispiel am selben Teil.

1. Maße von Hand abgetippt

Jedes Rohteilmaß kommt über die Tastatur in die Tabelle. Ein Zahlendreher in der Zuschnittlänge, 170 statt 107 mm, erhöht die Masse auf 0,80325 kg und die Materialkosten von 3,29 auf 5,22 EUR. Der Preis bei 20 Stück steigt von 19,70 auf 22,02 EUR, also um 2,32 EUR je Stück, und der Kunde wählt ein günstigeres Angebot. Die Tabelle kann nicht wissen, dass das Teil 100 mm lang ist.

2. Bohrungen und Gewinde auf der Zeichnung gezählt

Anzahl der Bohrungen, Gewinde und ihre Tiefen liest der Arbeitsvorbereiter aus den Ansichten ab. Auf einer Zeichnung mit mehreren Ansichten übersieht man leicht zwei Gewinde M8 auf einer verdeckten Fläche oder die Angabe „4×" an einer Bohrung. Im Beispiel verkürzt das Übersehen der Gewinde die Zeit je Einheit um 1 min, das sind 0,75 EUR Kosten je Stück und 15,00 EUR auf einen Auftrag, den der Betrieb trotzdem fertigt.

3. Keine Prüfung, ob das Teil auf die Maschine passt

Die Tabelle nimmt jede Zahl an. Sie merkt nicht, dass ein 900 mm langes Teil nicht in einen X-Verfahrweg von 800 mm auf der Maschine passt, deren Satz eingetragen wurde. Sie merkt auch nicht, dass eine Taschenecke R3 einen Fräser Ø6 statt Ø10 erzwingt, und der kleinere Fräser bei gleichen Schnittdaten langsamer zerspant, also die Fräszeit verlängert, die mit dem größeren Werkzeug angesetzt wurde.

4. Wissen in einem einzigen Kopf

Rüstzeit, Anzahl der Aufspannungen und Wahl der Maschine sind Entscheidungen des Arbeitsvorbereiters, die die Tabelle nur übernimmt. Kalkuliert ein Kollege dasselbe Teil und trägt 30 min Rüstzeit statt 60 ein, sinkt die Vorbereitung je Stück von 3,38 auf 2,25 EUR und der Preis von 19,70 auf 18,35 EUR. Zwei Personen, eine Zeichnung, zwei Preise mit 1,35 EUR Unterschied je Stück, und keiner weiß, welcher stimmt.

5. Kalkulation aus der Teilemasse statt aus dem Rohteil

Die einfachste Abkürzung ist, das Material aus der Masse des Fertigteils zu rechnen, die das 3D-Modell anzeigt. Im Beispiel hat das Fertigteil ein Volumen von 101.700,9 mm³, also 0,2746 kg und 1,78 EUR Material, gegenüber 3,29 EUR für den Abschnitt der Flachstange. Der Unterschied beträgt 1,51 EUR je Stück und 30,20 EUR je Auftrag vor Zuschlag, jedes Mal aus der eigenen Tasche bezahlt.

Wann sich der Umstieg auf eine Software lohnt

Eine Tabelle reicht, solange eine Person kalkuliert, nur wenige Anfragen pro Woche kommen und die Teile einander ähneln. Das Signal zum Wechsel ist, wenn Angebote länger auf den Arbeitsvorbereiter warten als der Auftrag auf die Maschine, oder wenn der Preis desselben Teils davon abhängt, wer ihn gerechnet hat.

Die einfachste Prüfung stützt sich auf Ihre eigenen Zahlen: Nehmen Sie fünf Teile, die Sie schon in der Tabelle kalkuliert haben, kalkulieren Sie sie in der Software neu und vergleichen Sie die Ergebnisse mit Ihren Werten. Wir beschreiben das als Test mit fünf Teilen, und jeden Schritt können Sie mit Ihren eigenen Zeichnungen wiederholen.

So arbeitet die CNC-Kalkulationssoftware von MetronQ: Sie misst das Teil aus einer STEP- oder IGES-Datei (Bohrungen mit Durchmesser und Tiefe, Gewinde, Taschen, dünnste Wand) oder liest Maße, Toleranzen und Werkstoff aus einer PDF- oder DXF-Zeichnung. Sie rechnet mit Ihren Maschinen, Sätzen und Materialpreisen, wählt das Rohteil aus den Abmessungen, die der Händler verkauft, und setzt das Rüsten einmal je Auftrag an. Sie deckt Fräsen bis 5 Achsen, Drehen, Dreh-Fräszentren und Langdrehautomaten ab, aber kein Erodieren, Schleifen oder Blechbearbeitung.

Der Arbeitsvorbereiter sieht die Aufschlüsselung des Preises und gibt sie frei, und eine Schwelle entscheidet, was sofort an den Kunden geht. Die Kalibrierung an mindestens 5 Angeboten passt zwei Zahlen an: den Kalibrierfaktor und die Rüstzeit. In der Kalkulation werden keine generativen Modelle eingesetzt. Wenn die Schwelle erlaubt, einen Preis ohne den Arbeitsvorbereiter zu senden, bekommt der Kunde ihn sofort, und genau das ist die CNC-Sofortkalkulation. Aktuelle Pakete finden Sie in der Preisübersicht.

Häufige Fragen zur CNC-Kalkulation in der Tabelle

Kann eine CNC-Kalkulation in Excel genau sein?

Ja, wenn die Tabelle das Material aus dem Rohteil, die Bearbeitungszeit aus echten Schnittdaten, die Vorbereitung einmal je Auftrag und den Satz aus den eigenen Kosten der Maschine rechnet. Die Genauigkeit hängt dann von den Eingaben ab, nicht von den Formeln. Schwachstellen bleiben das Ablesen von Maßen, Bohrungen und Gewinden von Hand und das Wissen eines einzigen Arbeitsvorbereiters.

Wie verteilt man die Rüstkosten in der Tabelle auf das Los?

Rüst- und Programmierkosten werden einmal je Auftrag gerechnet und dann durch die Stückzahl des Loses geteilt. Im Beispiel ergeben 67,50 EUR Vorbereitung bei einem Stück 67,50 EUR je Stück und bei hundert Stück 0,68 EUR. Zeigen Sie dem Kunden mehrere Mengenstaffeln, denn der Stückpreis ändert sich dabei um ein Vielfaches.

Warum muss das Material aus dem Rohteil und nicht aus der Teilemasse gerechnet werden?

Weil der Händler Stangen in Handelsabmessungen verkauft und auch die Späne bezahlt sind. Im Beispiel kostet ein Abschnitt Flachstange 70 × 25 × 107 mm 3,29 EUR, das aus der Masse des Fertigteils gerechnete Material dagegen nur 1,78 EUR. Die 1,51 EUR Unterschied je Stück fehlen bei jedem aus der Masse kalkulierten Auftrag im Gewinn.

Welchen Maschinenstundensatz trägt man in die Tabelle ein?

Den eigenen, gerechnet aus den jährlichen Kosten des Arbeitsplatzes geteilt durch die effektive Nutzungszeit. Im Beispiel ergeben 72.000 EUR Kosten und 1.600 h einen Kostensatz von 45 EUR/h, zu dem der Zuschlag getrennt kommt. Jede Maschine braucht einen eigenen Satz, weil ein Fünfachszentrum und eine einfache Drehmaschine völlig andere Kosten haben.

Wann reicht eine Tabelle für die Kalkulation nicht mehr aus?

Wenn Anfragen schneller kommen, als eine Person sie rechnen kann, wenn der Preis desselben Teils davon abhängt, wer kalkuliert hat, oder wenn falsch abgetippte Maße und übersehene Gewinde echtes Geld kosten. Dann lohnt es sich, Tabelle und Software an fünf Teilen zu vergleichen, die schon kalkuliert wurden.