Identifikation des nichtlinearen individuellen maschinendynamischen Verhaltens von Fräsmaschinen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Jürgen Fleischer
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 546480484

Im Projekt wird die Identifikation des nichtlinearen, individuellen maschinendynamischen Verhaltens von Fräsmaschinen untersucht. Ziel ist die Entwicklung eines datenbasierten Verfahrens zur Modellbildung, das auf experimentell erfassten Messdaten basiert und eine präzise Abbildung des maschinendynamischen Verhaltens der Maschinenstruktur in Abhängigkeit von externen Kraftanregungen ermöglicht. Hierbei steht die Erfassung von Nichtlinearitäten im Fokus, welche einen wesentlichen Einfluss auf die Genauigkeit simulationsbasierter Stabilitätsanalysen in Fräsprozessen haben. Die Modellbildung erfolgt auf Grundlage von Messungen an der jeweils betrachteten Maschine, wodurch das individuelle maschinendynamische Verhalten ohne detailliertes Vorwissen über Maschinenstruktur, Materialeigenschaften oder Reglerparameter abgebildet werden kann. Um den Versuchsaufwand gering zu halten, werden zeiteffiziente Messstrategien sowie geeignete Kraftanregungsformen erforscht. Diese sollen sicherstellen, dass das relevante maschinendynamische Verhalten über den gesamten Arbeitsraum hinweg zuverlässig erfasst werden kann. Zur Modellbildung werden Verfahren der nichtlinearen Systemidentifikation eingesetzt. Diese ermöglichen eine robuste und dateneffiziente Abbildung des nichtlinearen Zusammenhangs zwischen zeitabhängigen Kraftanregungen am Maschinen-TCP und den resultierenden Schwingungen der Maschinenstruktur. Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf der Analyse des Einflusses verschiedener Anregungseigenschaften (z. B. Frequenz, Amplitude) auf die Modellgüte und -robustheit unter Berücksichtigung der aleatorischen Unsicherheit. Die identifizierten Modelle sollen in der Lage sein, für unterschiedliche TCP-Positionen im Maschinenarbeitsraum richtungsspezifische Schwingungsvorhersagen im Zeitbereich zu treffen. Zur Beschreibung des dynamischen Verhaltens entlang eines TCP-Pfads ist eine Interpolation über verschiedene Modellpositionen vorgesehen. In einer abschließenden Validierung wird untersucht, inwieweit sich die erarbeiteten Modelle auf reale Fräsprozesse übertragen lassen und welche Modellgüte sich unter Praxisbedingungen erzielen lässt. Die im Teilprojekt entwickelte Methodik leistet damit einen wesentlichen Beitrag zur ressourcenschonenden und generalisierbaren Stabilitätsbewertung von Fräsprozessen im Rahmen prozessinformierter Modelle.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 5888: Steigerung der Ressourceneffizienz bei der datengetriebenen Modellierung zur Auslegung NC-gesteuerter Fräsprozesse