Master's Thesis

Hybrid CNC machining center for non rotary workpieces

Final Thesis 2.57 MB Appendix 2.27 MB

Author of thesis: Bc. Jakub Ostratický

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: prof. Dr. Ing. Jiří Marek, Ph.D., DBA, FEng.

Reviewer: Ing. Jan Pavlík, Ph.D.

Abstract:

This thesis focuses on the design of a hybrid CNC machining center intended for the production of prismatic (non-rotational) components. The main objective is to develop a machine design that combines conventional subtractive machining of prismatic parts with metal additive manufacturing technology. In the first part of the thesis, a literature review is conducted, focusing on the field of conventional and hybrid machining centers as well as additive manufacturing methods. Subsequently, an analysis of the given problem is carried out, and three conceptual design variants of the machining center are proposed. Based on the evaluation results, the optimal variant is selected, for which a detailed structural design of the working system is developed, including the necessary calculations. The thesis also includes the design of linear motion axes, including the sizing of ball screws and nuts. The remaining main components of the machine are designed in a general manner to meet the requirements of hybrid CNC systems. In the final part of the thesis, a technical and economic evaluation of the proposed hybrid CNC center is carried out, and recommendations for its further development are formulated.

Keywords:

Hybrid CNC machining center, Horizontal configuration, Tilting head, Linear motion axes, Additive manufacturing

Date of defence

16.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaDznamka

Grading

D

Process of defence

Student seznámil členy komise se svou diplomovou prací. Student zodpověděl otázky oponenta. Otázky komise: -Rozdíly návrhu oproti zavedeným konstrukcím. Student odpověděl s drobným zaváháním. -Znovuvyužití prášku pro aditivní technologii Student odpověděl se zaváháním.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Production Machines, Systems and Robots (N-VSR-P)

Composition of Committee

doc. Ing. Radek Knoflíček, Dr. (člen)
Ing. Roman Dvořák (člen)
prof. Dr. Ing. Jiří Marek, Ph.D., DBA, FEng. (předseda)
prof. Ing. Peter Demeč, CSc. (místopředseda)
Ing. Aleš Polzer, Ph.D. (člen)
Ing. Radek Vlček (člen)

Diplomová práce se zabývá aktuální problematikou integrace aditivních technologií do konstrukce výrobních strojů. Diplomant zpracoval přehled současného stavu na odpovídající úrovni a prokázal schopnost orientovat se v dostupných odborných zdrojích. Systémový rozbor řešené problematiky je sice poněkud jednoduššího charakteru, nicméně obsahuje všechny podstatné vazby a lze jej hodnotit jako vyhovující. Při návrhu řešení si diplomant zjednodušil výběr optimální varianty tím, že zachoval původní kinematickou strukturu stroje a porovnával především varianty aditivních hlavic. Tento přístup je z hlediska rozsahu práce akceptovatelný, avšak omezuje šíři posuzovaných konstrukčních variant. Výběr aditivní technologie mohl být podrobněji rozpracován a více zdůvodněn s ohledem na technické, ekonomické a provozní aspekty.

Technické výpočty jsou provedeny správně, avšak práci by prospělo jejich rozšíření například o výpočty uložení kuličkových šroubů, posouzení trvanlivosti lineárních vedení či další konstrukční kontroly důležité pro ověření navrženého řešení. Slabší částí práce je popis výkresové dokumentace, který nedosahuje očekávané úrovně podrobnosti a technického komentáře. Diplomant během řešení pracoval samostatně a při konzultacích, které nebyly příliš časté, projevoval potřebnou aktivitu a snahu řešit vzniklé problémy. Celkově práce splňuje požadavky kladené na diplomovou práci.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání D
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod C
Vlastní přínos a originalita E
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry E
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii E
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací B
Samostatnost studenta při zpracování tématu D

Grade proposed by supervisor: D

Reviewer’s report
Ing. Jan Pavlík, Ph.D.

Předložená diplomová práce se věnuje aktuálnímu tématu, a to hybridním CNC obráběcím centrům pro nerotační obrobky.
Autor se v úvodu věnuje problematice struktury konvenčních strojů a jednotlivým aditivním technologiím, kde jsou uvedeny i příklady strojů dostupných na trhu. Obecně však v rámci rešerše postrádám jak větší množství hybridních strojů, tak především srovnání jejich parametrů (rozměrových, výkonnostních atd.). Dále práce obsahuje poměrně strohý systémový rozbor, na nějž navazuje již samotný návrh jednotlivých variant. Z těchto variant je za pomoci multikriteriální metody vybrána optimální varianta.
Kladně hodnotím výběr některých klíčových komponent, jako jsou kuličkové šrouby (výběr doplněn i výpočty), frézovací hlava s elektrovřetenem a navařovací hlava od firmy Trumpf. Dále autor navazuje rozpracováním koncepčního návrhu. Závěr práce je pak věnován technicko-ekonomickému zhodnocení.
Práci je možné vytknout větší množství překlepů, gramatických a stylistických chyb. Současně úroveň rozpracování konceptu a především forma dodaného 3D modelu konceptu je na velmi nízké úrovni. Časový rámec pro zpracování DP byl natolik dostačující, aby měl autor dostatek prostoru pro kvalitnější zpracování.
Přes uvedené výtky práce splnila cíle zadání, doporučuji ji k obhajobě s hodnocením D (uspokojivě).
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání D
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod D
Vlastní přínos a originalita D
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii D
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis D
Práce s literaturou včetně citací B
Topics for thesis defence:
  1. Zkuste realisticky odhadnout dobu obrábění vzorového dílce konvenčním strojem. Srovnejte, které konvenční technologie budou probíhat totožně i u hybridního stroje při dokončování, a zhodnoťte platnost grafu z obr. 40.
  2. Zkuste diskutovat nad problematikou bezpečnosti obsluhy hybridního stroje. Jaká jsou specifika a odlišnosti od konvenčních strojů.

Grade proposed by reviewer: D

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová