КОНТРОЛЬ ПРОЦЕССОВ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА ОСНОВЕ МНОГОУРОВНЕГО АНАЛИЗА.

Министерство образования Российской Федерации 

Новгородский государственный университет 

имени Ярослава Мудрого 

 

 

 

 

 

ШВЕЦОВ И.В. 

 

` 

 

КОНТРОЛЬ ПРОЦЕССОВ МЕХАНИЧЕСКОЙ 

ОБРАБОТКИ НА ОСНОВЕ МНОГОУРОВНЕГО 

АНАЛИЗА 

 

 

 

 

 

 

 

 

Великий Новгород 

2004 г. 

УДК 621.9 

ББК 34.442 

 

Рецензенты 

Д.т.н., профессор Ю.М. Зубарев, 

к.т.н., доцент А.Ф. Бабошкин 

 

 

Швецов И.В. 

КОНТРОЛЬ ПРОЦЕССОВ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА 

ОСНОВЕ 
МНОГОУРОВНЕГО 
АНАЛИЗА. 
Новгородский 

государственный университет имени Ярослава Мудрого (НовГУ). Великий 

Новгород, 2004. - 60 с. 

 

В данном научном издании представлены способы контроля 

процессов механической обработки на основе многоуровнего анализа, в 

основу 
которого 
положены 
методы 
регистрации 
образованных 

газообразных соединений в зоне резания и сил резания. Рассматриваемые 

исследования и представленные физические и математические модели 

отражают механо-физико-химические изменения, проходящие в системе 

ЗИССо (заготовка – инструмент – стружка - среда охлаждения). Изложены 

вопросы образования различных газов, их диффузия и массоперенос в зоне 

обработки. Научное издание предназначено для студентов, магистрантов и 

аспирантов машиностроительных специальностей вузов. 

 

 

 

© Новгородский государственный университет, 2004. 

© Швецов И.В. 2004. 

 

В В Е Д Е Н И Е 

 

На предприятиях машиностроительного комплекса используют 

различные 
методы 
контроля 
процессов 
механической 
обработки, 

служащие 
для 
оперативного 
контроля 
состояния 
оборудования, 

обрабатываемого 
материала, 
обнаружения 
неисправностей 
и 
т.д. 

Обеспечение качества поверхностей обрабатываемых изделий возможно 

при эффективном контроле, в процессе которого встает задача выявления 

дефектов, которые имеют место при промышленной поставке заготовок на 

механообрабатывающее производство. 

Анализ 
работ, 
посвященных 
методам 
контроля 
процессов 

механической 
обработки, 
а 
также 
информационно-измерительным 

системам показывает, что в них большое внимание уделяется вопросам 

обеспечения 
заданной 
или 
оптимальной 
достоверности 
контроля 

состояния режущего инструмента, а также точности измерений. Наиболее 

малочисленную группу составляют работы, в которых контролируется 

качество поверхностей обрабатываемых изделий, хотя данный параметр 

является одним из основных. 

Применение математического аппарата и разработанной методики 

газового анализа повышает надежность контроля состояния процесса 

механической обработки. Комплексный подход к решению задачи 

контроля состояния процессов механической обработки позволяет 

производить оценку качества обрабатываемых изделий, как при черновых, 

так и финишных условиях резания.Использование многоуровнего анализа 

диффузии и теплового распределения в срезаемом слое обрабатываемого 

материала позволяет произвести качественную оценку состояния процесса 

механической обработки с использованием теоретических (табличных) или 

экспериментальных 
значений 
составляющих 
силы 
резания 
и 

коэффициентов продольной усадки стружки. 

Изучение 
методов 
контроля 
механообработки 
на 
основе 

соответствующих достижений механики твердого тела, физики металлов, 

теплотехники и т.д. систематически осуществляется с середины ХХ века. 

Значительный вклад в науку и практику при исследовании процессов 

механической обработки внесен отечественными учеными: В. Ф. 

Безъязычным, В. Л. Вейцем, А. С. Верещакой, Д. Г. Евсеевым, А. В. 

Королевым, М. И. Клушиным, В. Д. Кузнецовым, В. Н. Латышевым, Т. Н. 

Лоладзе, А. Д. Макаровым, В.Г. Митрофановым, Л. С. Мурашкиным, С. Л. 

Мурашкиным, В. А. Остафьевым, С. М. Палеем, А. Н. Резниковым, Н. Н. 

Резниковым, В. Г. Рыкалиным, А. Н. Сальниковым, С. С. Силиным, Ю. М 

Соломенцевым, В. К. Старковым, В. А. Тимирязевым, М. А. Шатериным и 

другими. 

Подход к изучению физических явлений, сопровождающих процесс 

резания при внешнем воздействии, отличается от подхода при изучении 

деформирования твердого тела, высокоскоростного сжатия материала и 

последеформационных процессов высокоскоростного нагружения, при 

которых происходят релаксационные процессы. 

На основании анализа литературных источников по теории резания 

металлов, диффузии, массопереносу примесей и термодеформационным 

процессам 
составлено 
представление 
об 
образовании 
летучих 

газообразных химических соединений в зоне резания при обработке 

поверхностей изделий. Сделан важный вывод о необходимости разработки 

новой методики исследования процессов и явлений при механической 

обработке на основе многоуровнего анализа диффузии, контроля 

процессов при формировании газовоздушной среды. Изложены основные 

теоретические предпосылки проводимого исследования. 

 

 

 

КОНТРОЛЬ ПРОЦЕССОВ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА 

ОСНОВЕ МНОГОУРОВНЕГО АНАЛИЗА 

 

Для обеспечения качества обработки на токарных, сверлильных, 

расточных, фрезерных и других станках любого уровня автоматизации на 

разработан способ контроля процесса резания, основанный на анализе 

физико-химических явлений образования специфических газов при 

обработке различных материалов и анализе газовоздушной среды в зоне 

обработки. В качестве контролируемых газов выделены три основные 

группы: образованные при соединении с составляющими воздуха 

выгораемым из обрабатываемого материала примесями (оксиды углерода 

СО и СО2, оксид серы SO2, углеводороды CXHY), образованные при 

соединении кислорода воздуха с атмосферным азотом (NO, NO2, NXOY), 

собственно кислород воздуха О2. 

Способ контроля процессов механической обработки, основанный на 

регистрации концентрации вышеназванных газов в зоне обработки 

методом газового анализа позволяет по определению текущего отклонения 

величины параметра от заданного значения непрерывно получать 

информацию о состоянии процесса резания, в частности, о состоянии 

режущего инструмента, о наличии и местоположении аномальных 

участков поверхности обрабатываемого изделия, об изменении величины 

снимаемого слоя. Реализация способа возможна в случае изменения 

характеристик 
самого 
различного 
инструмента, 
материала 

обрабатываемых изделий и охлаждающих жидкостей. При этом необходим 

выбор контролируемого газа, анализатора с учетом его чувствительности и 

быстродействия, что может представить современная промышленность. 

Обладающие высокой чувствительностью и быстродействием ряд 

газоанализаторов 
позволяет 
реализовать 
выходной 
сигнал 

непосредственно в виде электрического тока. 

Произведенный анализ методов и средств контроля состояния 

режущего инструмента и основных принципов работы устройств, 

реализующих данные методы, приводят к выводу о создании новых более 

прогрессивных методов контроля. Одним из новых средств контроля 

является метод, основанный на заборе и определении концентрации одного 

или нескольких газов воздушной среды в зоне обработки. 

В связи с многообразием процессов и весьма частыми при 

функционировании автоматизированных систем обработки металлов 

изменениями 
условий 
механообработки 
требуется 
для 
создания 

эффективных подсистем автоматического контроля, комбинированное 

применение различных методов и средств, что усложняет систему 

контроля и делает ее достаточно дорогостоящей. 

Применение метода газового анализа позволяет устанавливать 

датчики, реагирующие на два или более газа, которые образуются в зоне 

обработки, что может быть обусловлено связью настроенного датчика на 

один из газов с соответствующими конкретными, но различными 

факторами - глубиной резания, величиной подачи и скоростью резания.  

Кроме этого, широко применяемые и простые приборы контроля газа 

соответствуют основным требованиям, предъявляемым к чувствительным 

элементам. По выходному сигналу прибора можно определить износ 

режущего инструмента во всем диапазоне допустимого износа, при этом 

величина концентрации газа пропорциональна постепенному износу 

инструмента, а передача сигнала о состоянии газовоздушной среды от 

точки контроля возможна на определенное расстояние. Образование газа в 

зоне обработки инвариантно к воздействию шумов и уровню вибрации 

механизмов и узлов станка. 

Датчики контроля воздушной среды имеют малые габариты и могут 

быть встроены во вновь проектируемые или эксплуатируемые станки. 

Настройка приборов и регулировка не требует высокой квалификации и