Untersuchung von Regelungskonzepten für unsicherheitsbehaftete Zerspanprozesse mit elastischen Werkstücken

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Die Arbeit untersucht simulationsbasierte Regelstrategien zur Kompensation von Prozessinstabilitäten, die durch regeneratives Rattern entstehen. Zunächst wird die Modellierung von Zerspanprozessen behandelt, beginnend mit einfachen Prozessmodellen und Zerspankraftgesetzen, gefolgt von einem Finite Elemente Modell eines dünnwandigen Hohlzylinders. Der Materialabtrag während der Bearbeitung wird durch die Verschiebung der Knoten im Modell abgebildet. Um dynamische Vorgänge effizient zu untersuchen, ist eine Reduktion der Modellordnung erforderlich, wobei herkömmliche projektionsbasierte Verfahren aufgrund des Materialabtrags nicht direkt anwendbar sind. Daher wird ein Verfahren der parametrischen Modellreduktion eingesetzt. Die mathematische Modellierung führt zu totzeitbehafteten Dynamiken, deren Stabilität mit Standardmethoden nur begrenzt analysierbar ist. Eine neu entwickelte Toolbox ermöglicht die Analyse der Stabilität solcher Systeme, basierend auf der Semi-Diskretisierungsmethode. Verschiedene Regelkonzepte zur Verbesserung der dynamischen Stabilität werden vorgestellt, wobei der Fokus auf einer aktiven Strategie mit modellprädiktiver Regelung liegt. Der abschließende Teil behandelt die Unsicherheiten in der Modellierung von Zerspanprozessen, wobei Werkzeuge der Unsicherheitsanalyse, wie die Fuzzy-Analyse, zum Einsatz kommen.