Leistungsfähige Werkzeugmaschinen stellen die Grundlage für eine wirtschaftliche Werkstückfertigung dar. Insbesondere regenerative Ratterschwingungen, die durch dynamische Wechselwirkungen zwischen Maschine und Prozess hervorgerufen werden, verhindern aber vielfach die vollständige Nutzung der an einer Maschine zur Verfügung stehenden Zerspanleistung.

Virtuelle Prototypen unterstützen im Entwicklungsprozess von Werkzeugmaschinen die Optimierung von einzelnen Strukturbauteilen sowie von gesamten Maschinensystemen.Inhalt dieser Arbeit ist, zusätzlich die Stabilitätssimulation als effizientes Bewertungskriterium im FE-gestützen Entwicklungsprozess von Werkzeugmaschinen nutzbar zu machen. Insbesondere wird der Einfluss der softwaretechnischen Gestaltung der Stabilitätssimulation auf Aussagefähigkeit, Genauigkeit und Anwendbarkeit untersucht. Es werden zwei unterschiedliche Simulationsansätze erarbeitet, verifiziert und anhand von Beispielen gegenübergestellt. Beim ersten Simulationsansatz erfolgt die Stabilitätssimulation vollständig außerhalb der FE-Software in einer dafür spezialisierten „eigenständigen Stabilitätssoftware“. Demgegenüber erfolgt beim zweiten Simulationsansatz die Stabilitätssimulation vollständig innerhalb der FE-Software als „FE-integrierte Stabilitätssimulation“.

Im Hinblick auf die erreichbare Berechnungsgenauigkeit steht bei beiden Simulationsansätzen die präzise und effiziente Identifikation von Schwachstellen des Konstruktionsentwurfs anhand des Stabilitätsverlaufs und der dazugehörigen Ratterfrequenzen im Vordergrund. Dazu werden zunächst die Anforderungen und Grundlagen der im Weiteren Verlauf verwendeten Stabilitätssimulation für die beiden Simulationsansätze festgehalten. Es werden Referenzprozesse, Prozesskinematiken und das für die Auswertung der Prozessstabilität notwendige Stabilitätskriterium festgelegt. Die beiden erarbeiteten Simulationsansätze werden darauf folgend vorgestellt. Für beide Ansätze findet jeweils eine Verifikation anhand der Berechnung der Zerspankräfte von Einzelprozessen statt. Die anschließende Simulation von Stabilitätskarten erfolgt ebenfalls anhand realer Bearbeitungsprozesse. Im Anschluss daran werden die beiden Simulationsansätze detailliert untersucht. Abschließend erfolgt die Berechnung und Untersuchung der Stabilitätssimulation für beispielhafte strukturmechanische FE-Modelle einer Dreh- und einer Fräsmaschine.