Ein wesentliches Hindernis bei der realitätsnahen Prognose der Schwingungseigenschaften von Werkzeugmaschinen sind die Modifikationen (Wechsel von Werkzeug, Werkstück, Vorrichtung, Verfahren der Maschinenachsen etc.), welche eine Maschinenstruktur während des regulären Einsatzes erfährt. Folglich ist es Ziel dieser Arbeit, mit der Entwicklung geeigneter Prognose-Methoden zur Schaffung eines Rahmenwerks beizutragen, mit dem Maschinenentwickler und Maschinenanwender in die Lage versetzt werden, die Auswirkungen von Maschinen-Modifikationen zukünftig besser vorherzusagen.

Oftmals liefern realitätsnahe Berechnungsmodelle nur nach langer Rechenzeit die gewünschten Aussagen. Daher wurde basierend auf den bekannten Ansätzen der Modellreduktion eine Vorgehensweise entwickelt, nach der gedämpfte reduzierte Komponentenmodelle zu einem Baugruppenmodell assembliert werden, welches eine effiziente Berechnung der modalen Parameter ermöglicht.

Die frequenzbasierte Kopplungsrechnung wurde angewendet, um analytisch basierte und experimentell basierte Modelle miteinander zu verbinden. Mittels Sensitivitätsanalysen wurde herausgearbeitet, welche Freiheitsgrade bei der Ankopplung eines Schlittens (Messung) an ein Gestell (Simulation) berücksichtigt werden sollten. Der bekannte frequenzbasierte Kopplungsansatz wurde zudem erweitert um eine Matrix, welche die dynamischen Eigenschaften der Koppelelemente abbildet. Für das betrachtete Beispiel wurden auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse realitätsnahe Prognosen der dynamischen Nachgiebigkeit erzielt.

Zur rein analytischen Prognose von strukturellen Modifikationen wurde eine Simulationsstrategie erarbeitet, bei der aufwendige Berechnungen im Voraus und einmalig durchgeführt werden. Für die Maschinenstruktur (ohne Werkzeug und Werkstück) werden reduzierte Systemmatrizen für viele Achspositionen berechnet und in einer Datenbank abgelegt. Werkzeuge und Werkstücke werden einzeln modelliert und ihre (reduzierten) Systemmatrizen werden in Datenbanken gespeichert. Für eine spezielle Maschinenkonfiguration können die Schwingungseigenschaften effizient durch eine Zusammenstellung der Systemmatrizen aus den Datenbanken und eine Interpolation modaler Parameter bestimmt werden. Die Simulationsstrategie wurde angewendet, um die dynamische Nachgiebigkeit und die Prozessstabilität für eine Fräsmaschine zu bestimmen.