Synthese von Ratterkarten für Fräsprozesse mit hochtourig drehenden Spindel-Lager-Systemen unter Berücksichtigung gyroskopischer Effekte

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Zur Prognose von Stabilitätsgrenzen von Zerspanprozessen werden die Wechselwirkungen zwischen den zu einem geschlossenen Wirkungskreis verkoppelten Teilsystemen Werkzeugmaschinen-Struktur und Zerspanprozess betrachtet. Mit dem Regenerativeffekt und der Lagekopplung sind Mechanismen bekannt, die den Wirkungskreis zur Selbsterregung führen können. Für den Regenerativeffekt ist das zeitverzögerte Wiedereinschneiden von Werkzeugschneiden erforderlich; bei der Lagekopplung kann die Verkopplung von Eigenschwingungen eines Mehrfreiheitsgrad-Systems selbsterregend wirken. Hohe Drehzahlen können aufgrund der Gyroskopie spindelseitig zur Verkopplung von Eigenschwingungen führen. Aktuelle Veröffentlichungen berücksichtigen aber bevorzugt den Regenerativeffekt und damit nur einen Teil-Aspekt. Zudem beeinflusst das Übertragungsverhalten des Prozesses, welches meist vereinfachend linearisiert wird, die Stabilitätsgrenzen. Somit existieren struktur- und prozessseitig mehrere sich überlagernde Effekte. Die Vernachlässigung eines Effektes kann zu fehlerhaften Stabilitäts-Prognosen führen. Dazu korreliert die Tatsache, dass für Fräsprozesse mit hohen Drehzahlen die Prognose oft mangelhaft ist. Die Berücksichtigung aller bekannten Effekte ist bisher nur bei Simulationen im Zeitbereich möglich, sofern diese Effekte in den verknüpften Struktur- und Prozessmodellen abgebildet und parametrisch hinterlegt sind. Eine solche Simulation entspricht dem experimentellen Vorgehen. Sie hat aber den Nachteil hoher Rechenzeiten, wenn komplette Ratterkarten bestimmt werden sollen. Für die meisten der aufgezählten Einzel-Effekte sind bereits Verfahren entwickelt worden, die analytisch oder teilanalytisch mit aus der Regelungstechnik stammenden, meist im Frequenzbereich arbeitenden Algorithmen Rattergrenzen rechenzeitsparend ermitteln. Es liegt nahe, diese Verfahren einzusetzen, weiterzuentwickeln und zu kombinieren: Das Ziel des Vorhabens ist die Synthese einer Gesamtratterkarte aus den - unterschiedlichen Effekten zuordenbaren –Teilratterkarten.