Master's Thesis

Prediction of CNC machine tool squareness error based on OMM

Final Thesis 9.91 MB Appendix 11.91 MB

Author of thesis: Bc. Štěpán Vaněk

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: doc. Ing., Dipl.-Ing Michal Holub, Ph.D., FEng.

Reviewer: doc. Ing. Radek Knoflíček, Dr.

Abstract:

This diploma thesis deals with design and implementation of solution for prediction of squareness error of CNC machine tool based on OMM, on-machine measurement. In the introduction machining is introduced together with basic features of machine tools, production and measurement issues. Further the geometric accuracy of machine tool is described with focus on positioning and volumetric accuracy. Squareness, subject of this diploma thesis, is decribed further in depth. Next the touch probes are described, as it is the technology base for OMM, and the machine on which the solution is implemented. In the introdution of practical part the idea of automatic measuring is described and selection of suitable variant of fixture is made. Based on technical documentation fixtures are machined and calibration sheets are issued for their use as ethalons. Program with measuring cycles is written on the CNC machine tool and the data recieved are evaluated with calculation script. Based on the results discussion is lead including technical economic evaluation and recommendations for further development.

Keywords:

Prediction of squareness, squareness error CNC machine tool, CNC on-machine measurement, measurement automation

Date of defence

17.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Prezentace: - Charakteristika problematiky - Kolmost - Měření kolmosti - Záměr práce - Přípravek - Měření - Výpočet - Zhodnocení měření - Technicko-ekonomické zhodnocení Student seznámil členy komise s výsledky své práce a odpověděl na otázky oponenta. Otázky členů komise: - Změřením kolmosti v rozích jste schopen dopočítat hodnoty do kompenzační tabulky pro celý rozsah stroje? Zodpovězeno. - Jak jste volil velikost kontrolního přípravku? Zodpovězeno. - Bylo by možné udělat tento přípravek trvale na stole jako jeho součást tak, aby nepřekážel v upínací části stolu? Zodpovězeno. - Byla by tato metoda aplikovatelná i na kolmosti vůči ose Z? Zodpovězeno. - Byla uvažována časová deformace stroje? Co by se stalo, když by stroj nejezdil rovně ale do oblouku? Zodpovězeno. - Co s přípravky udělá obráběcí proces ve stroji z dlouhodobého hlediska? Zodpovězeno. Student bez problémů odpověděl na otázky komise.

Language of thesis

Czech

Faculty

Fakulta strojního inženýrství

Department

Institute of Production Machines, Systems and Robotics

Study programme

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

Composition of Committee

Ing. Tomáš Marek, Ph.D. (člen)
Ing. Jan Vetiška, Ph.D. (člen)
Ing. Jan Vlček (člen)
doc. Ing., Dipl.-Ing Michal Holub, Ph.D., FEng. (předseda)
Ing. Rostislav Huzlík, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Petr Kolář, Ph.D. (místopředseda)

Supervisor’s report
doc. Ing., Dipl.-Ing Michal Holub, Ph.D., FEng.

Diplomová práce se věnuje predikci chyby kolmosti CNC obráběcího stroje založené na OMM. Diplomant v rámci řešení práce pravidelně konzultoval řešenou problematiku. Správně vycházel z teorie popsané v kapitolách dva až čtyři. Výpočet chyby kolmosti vhodně matematicky popsal, využil konzultací na ÚM, kde tyto výpočty ověřil. Pro měření byla zvolena technologie obrobkové sondy a následovala analýza teplotního ovlivnění navrženého měřicího přípravku, který byl kalibrován (viz. příloha). Měřicí přípravky si diplomant sám obrobil na externím pracovišti. Následně byl zpracován program pro automatické zapisování naměřených dat, který je definován měřicím cyklem. Tyto data jsou zpracovány v navrženém softwaru.

Lze konstatovat, že diplomant připravil kompletně technologii pro predikci chyby kolmosti na CNC obráběcí stroje v plně automatickém cyklu. Práce má skvělý teoretický přínos a je předpoklad na tématu dále pokračovat. Stylisticky i graficky je práce na výborné úrovni. Diplomant splnil cíle diplomové práce.

Diplomovou práci doporučuji k obhajobě a hodnotím výslednou známkou A.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
doc. Ing. Radek Knoflíček, Dr.

K oponování předložená DP měla postupně plnit dílčí cíle definované jako současný stav řešené problematiky, systémový rozbor řešené problematiky, návrh variant provedení testovacího zařízení, testování navrženého řešení a vyhodnocení, komentář k vypracované technické dokumentaci, technicko – ekonomické zhodnocení a doporučení pro další rozvoj.

Je nutné konstatovat, že zadání bylo zhruba splněno, ale obsah práce by byl zcela jednoznačný, když by názvy hlavních kapitol odpovídaly dílčím cílům zadání. Takto má zvídavý čtenář DP k dipozici sice velmi zajímavé téma, ale chybí mu jistá logičnost postupu řešení, kterou předepsal vedoucí DP.

DP je psána v hutném stylu bez zbytečného balastu, kdy se zabývá návrhem a implementací řešení pro predikci chyby kolmosti CNC obráběcího stroje (OS) založené na OMM (on-machine measurement). Pokud oponent uzná nezbytný úvod s popisem třískového obrábění, problematiku výroby a měření na OC, pak je důležitý popis geometrické přesnosti stroje se zaměřením na přesnost polohování a volumetrickou přesnost. Kolmost, jenž je předmětem této diplomové práce, je popsána tak, aby se stala východiskem pro další postup řešení. Není opomenut popis obrobkových sond, jakožto základ technologie pro OMM a obráběcího stroje, na němž je řešení realizováno. V praktické části je v úvodu popsána myšlenka automatického měření a následně výběr vhodné varianty přípravků. Dle vypracované výkresové dokumentace jsou přípravky vyrobeny a pro splnění funkce etalonu, jim byly vystaveny kalibrační listy. Na CNC obráběcím stroji je napsán program s měřícími cykly, přičemž získaná data jsou vyhodnocena výpočtovým skriptem. Na základě výsledků z měření je vedena diskuze včetně technicko-ekonomického zhodnocení a doporučení pro další vývoj.

K obsahu vlastní DP a příloh nemá oponent námitek. Je patrná snaha o co nejlepší zpracování tak, aby vedlo k očekávaným výsledkům, na základě doposud nabytých znalostí a zkušeností diplomanta. Diplomant bezsporu odvedl kus užitečné práce i v dílnách ÚVSSR. Rovněž lze konstatovat, že diplomant zvládl mnoho nových záležitostí, které jsou pro predikování kolmosti nezbytné, což je nutné do oponentního posudku kladně zmínit a vyzdvihnout přínos diplomanta.

Z formálního hlediska lze DP vytknout různé typy písma v textu. 

DP doporučuji k obhajobě a u SZZ je nutné odpovědět na níže uvedené otázky oponenta.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii B
Logické uspořádání práce a formální náležitosti C
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací A
Topics for thesis defence:
  1. Jak lze ověřit korelace mezi v čase proměnnou teplotou a chybou kolmosti na předmětném OS za předpokladu, že OS vykonává totožné výrobně-technologické operace a logicky se jeho teplota v čase mění?
  2. Lze nalézt více či méně optimální kompenzaci predikce kolmosti v rámci použití jiných známých technických prostředků a měřidel nebo dle vhodné normy?
  3. Co je to škálování kontrolního přípravku?

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová