Одной из основных задач сохранения конкурентоспособности процессов механической обработки материалов является повышение надёжности режущего инструмента, поскольку именно от него, в основном, зависят показатели производительности, простои оборудования и качество обработки несмотря на то, что доля расходов на него в общей себестоимости произведенной продукции составляет всего несколько процентов. Существуют различные подходы к решению этой задачи [1 − 6], в том числе подходы, основанные на изучении сигналов о колебаниях технологической системы, зарегистрированных в процессе её функционирования, позволяющие не только раскрыть причины, но и определить направления, при реализации которых повышение надёжности инструмента будет гарантированным [7 − 10]. Рассмотрим один из подходов на примере временных рядов сигналов о колебаниях, зафиксированных при проведении эксперимента, в ходе которого осуществлялось точение заготовки из стали 45 диаметром60 мм на токарном станке 1К625 со скоростью резания 120 м/мин и подачей 0,34 мм/об резцом, оснащённым твёрдосплавной пластиной Mitsubishi UE6020. Каждый временной ряд соответствовал одному проходу пластины длиной 300 мм. Общее число проходов составило 15. Кроме этого, после каждого цикла точения, состоящего из трёх проходов, с помощью индикаторной головки с ценой деления 0,01 мм измерялось абсолютное значение размерного износа пластины, и рассчитывалась его скорость (рис. 1). Сигналы регистрировались двумяпьезодатчиками, установленными с помощью магнитов на державке пластины по нормали к плоскости резания (координата X) и на резцедержателе в направлении плоскости резания (координата Y). Постоянство скорости резания в условиях уменьшения диаметра заготовки поддерживалось изменением после каждого цикла точения частоты её вращения в диапазоне 630…1600 мин-1. Подход к изучению сигналов включал построение двумерных гистограмм (диаграмм, отображающих два ряда данных на одном графике) [11], вычисление коэффициентов кросс-корреляции (взаимной корреляции) [12] и коэффициентов преобразования спектров сигналов (последние представляют собой отношение суммы амплитуд полос спектра, несущих информацию о состоянии технологической системы, включая состояние инструмента, т.е. значимых или информативных, к сумме амплитуд полос, в которых эта информация отражена неявно или слабо, либо совсем отсутствует, т.е. незначимых или шума [13]. Для определения значимых амплитуд использовался непараметрический метод, который в разведочноманализе данных носит название «ящик с усами» [14]). Фрагменты сигналов пьезодатчиков показаны на рис. 2, а, б, а на рис. 2, в, г представлены их гистограммы. Видно, что в сигналах присутствуют высоко- и низкочастотные составляющие колебаний. Сигнал от пьезодатчика по координате Y (рис. 1, г) имеет плотность распределения, близкую к гауссовой.Двумерные гистограммы, построенные по сигналам на 1 проходе (в исходном состоянии пластины), а также на 3, 6, 9, 12 и 15 проходах(т.е. после каждого цикла точения) показаны на рис. 3. Оттенками серого показаны накопленные значения (выше – светлее). По горизонтали накапливались показания пьезодатчика покоординате X, по вертикали – по координате Y. Анализ гистограмм показывает, что исходному состоянию пластины (диаграмма a) отвечает структура, имеющая вид «хвоста кометы», который постепенно уменьшается и на последней диаграмме практически отсутствует. Интерпретировать эти закономерности можно следующим образом: вид диаграмм на рис. 3, а также характер их изменения отражают скорость изменения состояния пластины на каждом проходе (рис. 1). Наличие хвоста кометы говорит о высокой скорости, а его отсутствие означает, что изменение идёт значительно медленнее. В данном случае это можно объяснить тем, что фиксированные частоты вращения заготовки, реализуемые приводом главного движения станка, не обеспечивали поддержания постоянства скорости резания, значение которой, постепенно повышаясь в ходе приработки пластины, приближалось к оптимальному. Основным следствием приработки и оптимизации стал выход пластины на стационарный режим работы. Изложенное означает, что по виду двумерных гистограмм можно судить о результатах протекания процессов, изменяющих состояние инструмента. Однако они не позволяют идентифицировать механизм, который лежат в основе их получения. С целью идентификации механизма были вычислены коэффициенты кросс-корреляции (взаимной корреляции)< x (t) y (t + τ) > и рассчитаны коэффициенты преобразования спектров сигналов. Абсолютные значения коэффициентов кросс-корреляции в зависимости от временнόй задержки τ между сигналами показаны на рис. 4. Анализ коэффициентов показал, что в начале работы (на первом проходе пластины) максимальная корреляция между координатами имеет место со сдвигом τ = -4, где единица времени соответствует периоду дискретизации сигналов. При этом симметричный ему пик для задержки τ = 4 отсутствует. Это означает, что сигнал координаты Y опережает сигнал координаты X и связь односторонняя, т.е. Y выступает как источник воздействия на X. С ростом номера прохода характер связи между координатами усложняется – становятся заметно выше пики в области, которая ограничена задержками τ = -22 и 14, а сама область делается симметричной относительно исходного пика на τ = -4. Симметрия пиков говорит о появлении и постепенном усилении взаимной связи между координатами. Изложенное означает, что изменение степени взаимосвязи является отображением механизма, изменяющего состояние режущего инструмента.Для идентификации механизма была реализована следующая процедура. Вначале в пределах каждого прохода пластины выборками по 4096 точек были рассчитаны коэффициенты преобразования спектров сигналов. Затем в полученных массивах коэффициентов были выделены линейные тенденции и произведена оценка значимости их угловых коэффициентов вычислением отношений коэффициентов к величинам средних квадратических ошибок их определения, представляющих собой t-критерии Стьюдента [15].На заключительном этапе проводилось сравнение вычисленного значения t с табличным значением tP для принятого уровня доверительной вероятности P. Если выполнялось условиеt ³ tP, то с вероятностью P это означало, что проход сопровождался значимыми изменениями состояния пластины; в противном случае, т.е. когда t < tP, значимые изменения отсутствовали.Тенденции изменения t-критериев по каждой координате за всё время работы пластины показаны на рис. 5, а также табличное значение tP для вероятности P = 0,95; их сравнение показало следующее.1. Значимые изменения состояния пластины имели место: в направлении координаты X в течение 6,5 мин после начала работы. Сопоставление с рис. 1 показало, что к этому моменту, в основном, завершилась приработка пластины; в направлении координаты Y через 8,5 мин после начала работы. Сопоставление с рис. 1 показало, что с этого момента значение скорости резания стало близко к оптимальному.2. Смена направления значимых изменений состояния пластины с координаты X на координату Y в результате процессов приработки и оптимизации означает смену доминирования форм и, соответственно, ориентации траектории колебаний пластины на собственных частотах. Основным следствием становится изменение условий взаимодействия пластины с обрабатываемой поверхностью, и взаимодействие приобретает осциллирующий характер, что является благоприятным фактором, поскольку способствует снижению сил резания за счет перераспределения сил трения между передней и задней поверхностями пластины, оказывающего прямое влияние на процесс стружкообразования.Изложенное означает, что механизм изменения состояния пластины в процессе её работы представляет собой изменение связей и связанностей в технологической системе и, как следствие, формирование у неё новых динамических свойств, обеспечивающих повышение устойчивости к возмущениям, создаваемым рабочими процессами. Это выгодно отличает предложенный подход к исследованию от подходов, основанных на построении математической (аналитической или стохастической) модели реальной системы за счёт определённым образом формализованного представления её элементов и их взаимодействий, поскольку:– построение модели ведётся в условиях ряда упрощающих предположений, которые определяют границы её применимости;– в случае аналитической модели выполнить анализ реальной системы и выделить взаимодействующие элементы таким образом, чтобы получаемая модель обладала требуемой точностью и универсальностью, удаётся далеко не всегда;– в случае стохастической модели обычно имеет место неизменность статистических характеристик. Следствием становится снижение вероятности раскрытия с помощью модели установленного в данном исследовании механизма. В связи с этим предложенные процедуры и последовательность их применения могут рассматриваться как перспективная технология оценивания состояния металлорежущего инструмента, реализация которой в программном обеспечении систем ЧПУ позволит более эффективно решать традиционные задачи управления, в частности, технологическую[16, 17], в которой объектом управления становится реализуемый с помощью технологической системы рабочий процесс (процесс резания), управляемой переменной(в данном случае) – состояние режущего инструмента, а управляющими параметрами – параметры технологического режима (прежде всего скорость резания).  Выводы 1. Разработана технология изучения процесса изменения состояния металлорежущего инструмента, основанная на регистрации сигналов о колебаниях технологической системы резания в направлениях по нормали и вдоль плоскости резания, их отображении в пространство временных, частотных характеристик и статистической проверке гипотез. Практическая реализация технологии позволила установить следующее:– росту скорости износа соответствует наличие паттерна типа «хвост кометы» на двумерных гистограммах, в ячейках которых накапливаются содержащиеся в сигналах о колебаниях данные; – стабилизации состояния инструмента соответствует усиление двухстороннего взаимодействия между направлениями колебаний, отображаемое коэффициентами взаимной корреляции (кросс-корреляции);– механизм стабилизации представляет собой изменение связей и связанностей в динамической системе технологического оборудования (в данном случае за счёт приработки инструмента и оптимизации скорости резания), формирующее в ней новые свойства, которые обеспечивают повышение устойчивости к возмущениям, создаваемым рабочими процессами. Инструментом идентификации механизма является процедура оценки значимости изменения коэффициентов преобразования спектров сигналов о колебаниях в процессе работы инструмента. 2. Технология может быть реализована в программном обеспечении систем ЧПУ технологического оборудования, что позволит более эффективно решать традиционные задачи управления, в частности, технологическую, гарантированно обеспечивая повышение надёжности инструмента.