Master's Thesis

The influence of a machine tool on the cutting process and durability of replaceable cutting inserts

Final Thesis 5.86 MB

Author of thesis: Ing. Zdeněk Zábojník

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: prof. Ing. Josef Sedlák, Ph.D.

Reviewer: Ing. Zdeněk Fiala, Ph.D.

Abstract:

This master's thesis investigates the influence of the machine tool on the cutting process and the tool life of indexable cutting inserts. The theoretical part focuses on presenting the fundamentals of machining process dynamics and assessing the influence of individual elements within the machining system on cutting stability and tool life. The experimental part was conducted in collaboration with Dormer Pramet, s.r.o. The primary objective was to quantify how the varying stiffness, mass, and dimensions of four selected machining centers affect tool life while maintaining constant cutting conditions and tooling. The evaluation included monitoring tool flank wear according to the VBb criterion, vibration levels using the effective acceleration value and FFT spectral analysis, and the resulting surface roughness of the workpiece. The conclusion of the thesis is devoted to a techno-economic evaluation which, based on the measured data, demonstrates the significant impact of machine tool selection on long-term production economics in the form of cost savings on cutting tools.

Keywords:

machine tool, tool life, vibration, milling, stiffness

Date of defence

17.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Diplomant seznámil komisi s obsahem a výsledky své diplomové práce a zodpověděl otázky vedoucího, oponenta a dalších členů komise: V průběhu obhajoby byly zodpovězeny následující doplňující otázky: 1. Byl zjištěn technický stav stroje s ohledem na vliv při testování. zodpovězeno 2. Co vstupuje a jaké jsou klíčové faktory, které ovlivňují vibrace stroje? zodpovězeno 3. Jaký byl materiál použité destičky a jaký měl povlak zodpovězeno 4. Jaká doporučení vyplývají z provedeného měření Otázky členů komise byly zodpovězeny.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Manufacturing Technology (N-STG-P)

Specialization

Manufacturing Technology and Management in Industry (STM)

Composition of Committee

prof. Ing. Josef Sedlák, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Jozef Majerík, PhD., EUR ING (místopředseda)
prof. Ing. Igor Barényi, PhD., EUR ING (člen)
prof. Ing. et Ing. Mgr. Jana Petrů, Ph.D. (člen)
Ing. Mgr. Lada Vejmělková, Ph.D. (člen)
Ing. Monika Horáková, Ph.D. (člen)
Ing. Petr Valášek (člen)

Supervisor’s report
prof. Ing. Josef Sedlák, Ph.D.

Posuzovaná diplomová práce je zpracována v souladu se zadáním na požadované úrovni. Práce se mimo jiné zabývá vysoce aktuální a v průmyslové praxi velmi žádanou problematikou, kterou je komplexní posouzení vlivu konstrukční koncepce i tuhosti obráběcího stroje na řezný proces a celkovou trvanlivost řezných nástrojů. V současném strojírenství je kladen enormní důraz na maximalizaci produktivity a minimalizaci nákladů, ale vliv samotné dynamiky a tuhosti strojního parku na životnost břitu bývá v technické praxi často opomíjen na úkor zkoumání vlastností obráběného materiálu respektive samotné geometrie nástrojů. V teoretické části práce diplomant prokázal schopnost systematické práce s odbornou literaturou a dovednost srozumitelně strukturovat náročnou technickou problematiku. Velmi přehledně definoval klíčové parametry tuhosti a tlumení obráběcí soustavy a věcně charakterizoval mechanismy vzniku vibrací a chvění během procesu řezání. Návaznost jednotlivých částí postupně přechází od obecné dynamiky strojů přes analýzu vlivu vřetena, upínacích systémů a geometrie nástrojů až k posouzení vlivu samotného obrobku a upínacího přípravku. Teoretický základ je logicky strukturován a vytváří pevný základ pro experimentální část. Praktická část diplomové práce tvoří hlavní přínos celého návrhu řešení a jednoznačně prokazuje vysokou odbornou úroveň. Experiment byl navržen s cílem porovnat chování totožného řezného nástroje za striktně konstantních řezných podmínek na čtyřech koncepčně i hmotnostně odlišných obráběcích centrech, konkrétně Tajmac-ZPS MCV 1060i, Haas VF-2SSYT, Glorymaq GM-V855 a pětiosém stroji Tajmac-ZPS MCV 1210. Diplomant pečlivě sledoval vývoj opotřebení břitu na hřbetě podle limitního kritéria, přičemž paralelně prováděl měření efektivní hodnoty zrychlení vibrací, spektrální FFT analýzu a hodnocení drsnosti obrobeného povrchu. Výsledky měření spolehlivě potvrdily výchozí předpoklady, kdy nejvyšší a nejstabilnější trvanlivosti dosahoval nástroj na tuhém tříosém centru Tajmac-ZPS MCV 1060i a stroji Glorymaq GM-V855, zatímco nejkratší trvanlivost vykazoval konstrukčně lehčí stroj Haas VF-2SSYT. Velmi zajímavým zjištěním bylo chování pětiosého centra Tajmac-ZPS MCV 1210, které i přes svou značnou hmotnost vykázalo kratší trvanlivost břitů, což diplomant vhodně zdůvodnil celkovou nižší tuhostí kolébkového stolu pětiosé konfigurace v porovnání s pevnými stoly tříosých center. Provedená FFT analýza navíc jasně prokázala, že během obrábění nevznikalo nebezpečné samobuzené kmitání, ale šlo o vibrace vynucené samotným procesem obrábění. Závěr práce je zaměřen na technicko-ekonomické zhodnocení, ve kterém diplomant úspěšně propojil technické aspekty řešení s ekonomickými souvislostmi ve společnosti. Zjištěné hodnoty trvanlivosti břitů dokázal finančně kvantifikovat a vyčíslit celkové náklady na nástroje v přepočtu na jednu směnu, měsíc a rok. Z této analýzy jednoznačně vyplynulo, že volba méně tuhého stroje vede v ročním horizontu k nárůstu nákladů na nástroje o podstatných 40 % v porovnání s vhodně zvoleným tuhým strojem, přičemž diplomant zároveň vyhodnotil ekonomické přínosy plného osazení nástroje třemi vyměnitelnými břitovými destičkami, které přináší další významnou úsporu nákladů. Diplomant prokázal schopnost samostatně řešit komplexní problém od analýzy přes navržené řešení až po ekonomické zhodnocení. Práci lze ocenit zejména pro její komplexnost, systematický přístup k řešení dané problematiky a její aplikační přínos pro technickou praxi.

Diplomant získával potřebné informace a podklady na pravidelných konzultacích nejen ve škole, ale také ve společnosti Dormer Pramet, s.r.o., která se podílela na řešení uvedeného tématu. Získané informace maximálně zužitkoval v předložené práci. Po grafické stránce je práce zpracována na odpovídající úrovni. Podklady potřebné pro svoji práci diplomant čerpal z literárních, odborných, ale převážně z elektronických zdrojů, o které se také opírá. Při řešení diplomové práce postupoval diplomant správně. Prezentované výsledky jsou přesvědčivé a jsou přehledně uspořádány pomocí obrázků, tabulek a grafických závislostí. Práce je přehledná a srozumitelná. Z výše uvedených skutečností vyplývá, že diplomant splnil zadání v plném rozsahu, a proto doporučuji diplomovou práci k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment A
Working process, extent and suitability of applied methods A
Scholarly contribution and originality B
Ability to interpret achieved results and draw conclusions B
Applicability of results in practice or theory A
Logical arrangement of thesis and its layout B
Grafic layout, used style and language level A
Work with used sources including quotations B
Student's independence when working on the topic A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Zdeněk Fiala, Ph.D.

Předložená diplomová práce pana Zábojníka se zabývá vlivem obráběcího stroje na řezný proces a trvanlivost VBD. Teoretická část byla pečlivě vypracována a detailně popisuje vliv jednotlivých členů soustavy SNOP na celkové dynamické vlastnosti. Opírá se celkem o 48 literárních zdrojů a představuje kvalitní oporu pro praktickou část práce.

Experimentální část práce hodnotím velice pozitivně, z mého pohledu obsahově překonává požadavky kladené na diplomové práce. Je tak patrné, že ji student věnoval velké množství času a energie. Samotné osvojení měření mechanických vibrací a jejich vyhodnocení je velice náročné a pan Zábojník ho zvládl ve velice krátkém čase, který studenti mají na vypracování diplomové práce.

S ohledem na výše zmíněné a skutečnost, že všechny cíle práce byly splněny, doporučuji předloženou diplomovou práci k obhajobě s celkovým hodnocením A – výborně. K práci mám dva následující dotazy.
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment A
Working process, extent and suitability of applied methods B
Scholarly contribution and originality A
Ability to interpret achieved results and draw conclusions A
Applicability of results in practice or theory A
Logical arrangement of thesis and its layout A
Grafic layout, used style and language level A
Work with used sources including quotations A
Topics for thesis defence:
  1. Jak by se prakticky provádělo měření statické a dynamické tuhosti strojů?
  2. V závěrech uvádíte, že byla FFT analýza použita pro detekci samobuzených vibrací, tedy posouzení stabilního/nestabilního obrábění. Jak by se projevilo samobuzené kmitání v FFT analýze?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová