Untersuchung des dynamischen Verhaltens von Werkzeugmaschinen unter Zerspanungsbedingungen mit Hilfe der Betriebsmodalanalyse
Berichte aus dem IWU, Band 123
Jan Berthold, Welf-Guntram Drossel
Die Betriebsmodalanalyse (OMA, engl. für Operational Modal Analysis) erlaubt die Ermittlung modaler Parameter (Eigenfrequenzen, modale Dämpfungen, Eigenschwingformen) unter ambienten Anregungsbedingungen. Genutzt wird dieses Verfahren vorwiegend an sehr großen Strukturen wie Gebäuden, Windkraftanlagen, Schiffen und Flugzeugen, an denen eine artefaktische Anregung nur schwer möglich ist. Im Werkzeugmaschinenbau wird vor allem die Experimentelle Modalanalyse (EMA) zur Charakterisierung des dynamischen Verhaltens genutzt. Die Anregung erfolgt zumeist mittels Impulshammer oder Shaker während des Stillstands der Maschine. Alle dynamischen Effekte, die ausschließlich unter Betriebsbelastungen (Vorspannungen, Reibungseffekte, gyroskopische Momente, Prozessdämpfung) auftreten, können somit nicht beachtet werden.
Die vorliegende Arbeit adressiert aus diesem Grund die OMA an Werkzeugmaschinen, um Betriebseffekte während der Zerspanung abzubilden und somit modale Parameter zu ermitteln, die den Arbeitspunkt relevant und plausibel repräsentieren. Dazu werden die Annahmen und Randbedingungen, die der Methodik zugrunde liegen, hinsichtlich der Spezifika von Werkzeugmaschinen unter Prozessbedingungen untersucht. Schwerpunkte sind die Beschreibung der Veränderungen des dynamischen Verhaltens im Arbeitsraum zur Auslegung einer zeitinvarianten Werkzeugbahn,
die Generierung einer analysegerechten Anregung durch einen Zerspanprozess und die Untersuchung verschiedener Identifikationsmethoden zur Ermittlung der modalen Parameter.
