Knowledge base: Warsaw University of Technology

Settings and your account

Back

Conceptual design of the guiding construction of the milling plotter

Grzegorz Mielcuch

Abstract

The subject of this work is a development of a conceptual model of the design and chassis of a numerically controlled milling machine. The work consist of three parts. The first one briefly presents the history of the development of numerically controlled machines and the need to design a new construction for the ATMSolutions Company. The existing design solutions of different machines were reviewed and initial design assumptions were prepared. The second part of the work is devoted to the development of individual design assumptions for subsequent machine modules and the selection of individual elements based on manufacturers instructions used in numerically controlled machines. An analysis of the possibilities to create a machine frame was carried out and criteria for choosing the best solution were developed. Next, the existing solutions of guides for machines were reviewed and linear guides were selected as the best solution for the designed structure. On the basis of existing types of numerical controlled machines it was decided to choose a gantry structure, where the moving element is machine gantry and the stationary element – the worktable. Various types of motors were described as drives of individual elements (axes) of machines and the solution most often used for this type of constructions in ATMSolutions Company was chosen. On the basis of the analysis of existing solutions for transforming the rotary motion of electric motors into the feed movement (longitudinal) of the machine axes, solution in the form of a ball screw and inclined tooth gears were selected as that will be used in the developed machine design. Finally, the main drive of the numerical controlled machine was also selected – rotary spindle based on the own experience of ATMSolutions Company. The next stage was to perform structural calculations of selected elements and to perform FEM analysis of the considered types of machine frame construction. On the basis of information contained in the manufacturers’ catalogs, the appropriate types and sizes of drive elements were selected in the form of linear guides, a ball screw and rack and pinion drive system. Third part of the paper presents the next stages of the creation of a three-dimensional milling machine model in the SolidWorks environment. Modeling of significant structural elements in the form of a gantry beam and fixing plates of each axis of device are shown. Analyzes of selected and previously developed project assumptions with respect to the emerging model were made and the method of correcting and modifying the assumptions was presented in order to maintain the proper construction of the machine’s drives.
Diploma type
Engineer's / Bachelor of Science
Diploma type
Engineer's thesis
Author
Grzegorz Mielcuch (FPE) Grzegorz Mielcuch,, Faculty of Production Engineering (FPE)
Title in Polish
Projekt koncepcyjny konstrukcji układu jezdnego plotera frezującego
Supervisor
Olgierd Goroch (FPE/IMP) Olgierd Goroch,, The Institute of Mechanics and Printing (FPE/IMP)Faculty of Production Engineering (FPE)
Certifying unit
Faculty of Production Engineering (FPE)
Affiliation unit
The Institute of Mechanics and Printing (FPE/IMP)
Study subject / specialization
, Zarządzanie i Inżynieria Produkcji
Language
(pl) Polish
Status
Finished
Defense Date
12-09-2019
Issue date (year)
2019
Reviewers
Olgierd Goroch (FPE/IMP) Olgierd Goroch,, The Institute of Mechanics and Printing (FPE/IMP)Faculty of Production Engineering (FPE) Zbigniew Gulbinowicz (FPE/IMP) Zbigniew Gulbinowicz,, The Institute of Mechanics and Printing (FPE/IMP)Faculty of Production Engineering (FPE)
Keywords in Polish
projekt koncepcyjny, ploter frezujący, sterowanie numeryczne, CNC, połączenia prowadnicowe, obliczenia konstrukcyjne, metoda elementów skończonych, model 3D
Keywords in English
conceptual design, milling plotter, numerical control, CNC, linear guide conncections, construction calculations, finite elements method, 3D model
Abstract in Polish
Tematem niniejszej pracy jest opracowanie modelu koncepcyjnego konstrukcji oraz układu jezdnego plotera frezującego sterowanego numerycznie. Praca składa się z trzech części. W pierwszej z nich przedstawiono krótko historię powstania obrabiarek sterowanych numerycznie oraz potrzebę stworzenia nowej konstrukcji plotera frezującego na potrzeby firmy ATMSolutions. Dokonano przeglądu istniejących rozwiązań konstrukcyjnych urządzeń oraz opracowano wstępne założenia projektowe. Druga część pracy poświęcona jest opracowywaniu poszczególnych założeń projektowych dla kolejnych modułów plotera oraz przedstawiony został dobór poszczególnych elementów na podstawie instrukcji opracowanych przez producentów podzespołów stosowanych w obrabiarkach sterowanych numerycznie. Przeprowadzono analizę możliwości wykonania ramy plotera i opracowano kryteria wyboru najlepszego rozwiązania. Następnie dokonano przeglądu istniejących rozwiązań połączeń prowadnicowych dla obrabiarek i wybrano prowadnice liniowe jako rozwiązanie najlepsze dla projektowanej konstrukcji. Na podstawie istniejących typów konstrukcji obrabiarek numerycznych zdecydowano się na wybór konstrukcji bramowej, gdzie elementem poruszającym się jest brama plotera a elementem nieruchomym – stół roboczy. Opisano różnego rodzaju silniki stosowane jako napędy poszczególnych elementów (osi) obrabiarek i wybrano rozwiązanie stosowane najczęściej przy tego typu konstrukcjach w firmie ATMSolutions. Na podstawie analizy istniejących rozwiązań przemieniających ruch obrotowy silników elektrycznych na ruch posuwowy (wzdłużny) osi obrabiarek wybrano rozwiązania w postaci śruby kulowej i listew zębatych skośnych, które zostaną wykorzystane w opracowywanym projekcie. Ostatecznie dokonano również doboru napędu głównego obrabiarki sterowanej numerycznie, czyli wrzeciona na podstawie własnych doświadczeń firmy ATMSolutions. Kolejnym etapem było przeprowadzenie obliczeń konstrukcyjnych wybranych elementów oraz przeprowadzenie analizy MES rozważanych typów konstrukcji ramy plotera. Na podstawie informacji zawartych w katalogach producentów dokonano doboru odpowiednich typów i wielkości elementów napędowych w postaci prowadnic liniowych, śruby kulowej oraz listew zębatych o uzębieniu skośnym. W trzeciej części pracy zaprezentowano kolejne etapy powstawania trójwymiarowego projektu plotera frezującego w środowisku SolidWorks. Pokazano modelowanie istotnych elementów konstrukcyjnych w postaci belki nośnej bramy i płyt mocujących elementy każdej z osi urządzenia. Dokonano analiz wybranych i opracowanych wcześniej założeń projektowych względem powstającego modelu i zaprezentowano metodę korygowania i modyfikowania założeń celem zachowania odpowiedniej konstrukcji układów jezdnych maszyny.
File
  • File: 1
    Praca_Dyplomowa_G.Mielcuch.pdf
Request a WCAG compliant version
Local fields
Identyfikator pracy APD: 35236

Uniform Resource Identifier
https://repo.pw.edu.pl/info/bachelor/WUTe46a656ceed44cea9cc6b08780baefde/
URN
urn:pw-repo:WUTe46a656ceed44cea9cc6b08780baefde

Confirmation
Are you sure?
Report incorrect data on this page