Entwicklung eines onlinefähigen Warnsystems vor Prozessinstabilitäten auf Basis prozessparallel berechneter Stabilitätsgrenzen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Projekt zielte darauf ab, ein onlinefähiges Ratter-Frühwarnsystem zu entwickeln, das Instabilitäten während der Bearbeitung frühzeitig erkennt und datenbasierte Prozessoptimierungen ermöglicht. Zentrale Ergebnisse waren die erfolgreiche Identifikation der Maschinendynamik, die prozessparallele Bestimmung von Schnittsteifigkeiten und die bedarfsgerechte Simulation von Stabilitätsgrenzen, die gemeinsam die Grundlage für eine präzise und effiziente Stabilitätsanalyse bilden. Durch die experimentell-analytische Substrukturkopplung konnte der Messaufwand zur Ermittlung der Maschinendynamik erheblich reduziert werden, während eine prozessparallele Schnittsteifigkeitsidentifikation mithilfe eines Ensemble-Kalman-Filters eine zuverlässige Adaption an reale Prozessbedingungen ermöglichte. Die Simulation der Stabilitätsgrenzen konzentrierte sich gezielt auf relevante Arbeitspunkte und ermöglichte den erfolgreichen Einsatz einer modellbasierten Stabilitätssimulation für die prozessparallele Anwendung. Fräsversuche bestätigten die Fähigkeit des Systems, Instabilitäten präzise vorherzusagen und Prozessparameter zu optimieren. Das Prototypen-Ratter-Frühwarnsystem integriert die gewonnenen Daten und Erkenntnisse in ein benutzerfreundliches Software-Tool. Es synchronisiert Echtzeitdaten, überwacht den Bearbeitungsprozess und visualisiert Stabilitätszustände. Eine manuelle Rattererkennung ergänzt die automatische Analyse, wodurch auch unvorhergesehene Instabilitäten adressiert werden können. Die Integration in eine zentrale Datenbank ermöglicht eine skalierbare Speicherung und langfristige Prozessoptimierung. Die Validierung an komplexen Bauteilen zeigte, dass das System Instabilitäten nicht nur frühzeitig erkennen, sondern auch durch gezielte Anpassung der Bearbeitungsparameter beseitigen kann. Dadurch wurden Produktivität und Bearbeitungsqualität erheblich gesteigert, während Ausschuss und Werkzeugverschleiß signifikant reduziert wurden. Das Projekt demonstriert, wie moderne Analyseverfahren, datenbasierte Modelle und innovative Softwarelösungen kombiniert werden können, um die Fertigung wirtschaftlicher, stabiler und ressourcenschonender zu gestalten. Das Frühwarnsystem bietet eine praxisnahe und effektive Lösung zur Optimierung moderner Bearbeitungsprozesse.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
-
Onlinefähiges Ratter-Frühwarnsystem. Modellbasierte Identifikation von Prozessinstabilitäten mit prozessparalleler Datengrundlage. In: VDI-Z, 165. Jg., 2023, 07-08, S. 15–17
Brecher, C.; Fey, M. & Wittmann, M.
-
Online-Frühwarnsystem: Ratterfrei Fräsen/Online Alert System: Chatter-free milling. wt Werkstattstechnik online, 114(05), 205-212.
Brecher, Christian; Fey, Marcel & Wittmann, Marcel
-
Methodik zur prozessparallelen Stabilitätsuntersuchung von Werkzeugmaschinen beim Fräsen: Ein modellbasierter Ansatz, Dissertation, RWTH Aachen
Wittmann, M.
-
Online-Frühwarnsystem zur Rattervermeidung an Fräsmaschinen. In: NCFertigung, Heft 1-2025
Brecher, C.; Fey, M. & Wittmann, M.
