<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.2 20190208//EN" "https://jats.nlm.nih.gov/publishing/1.2/JATS-journalpublishing1.dtd">
<article xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xmlns:ali="http://www.niso.org/schemas/ali/1.0/" article-type="research-article" dtd-version="1.2" xml:lang="en"><front><journal-meta><journal-id journal-id-type="publisher-id">Obrabotka Metallov / Metal Working and Material Science</journal-id><journal-title-group><journal-title xml:lang="en">Obrabotka Metallov / Metal Working and Material Science</journal-title><trans-title-group xml:lang="ru"><trans-title>Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты)</trans-title></trans-title-group></journal-title-group><issn publication-format="print">1994-6309</issn><issn publication-format="electronic">2541-819X</issn><publisher><publisher-name xml:lang="en">Новосибирский государственный технический университет</publisher-name></publisher></journal-meta><article-meta><article-id pub-id-type="publisher-id">392245</article-id><article-id pub-id-type="doi">10.17212/1994-6309-2026-28.1-46-63</article-id><article-categories><subj-group subj-group-type="toc-heading" xml:lang="en"><subject>TECHNOLOGY</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="toc-heading" xml:lang="ru"><subject>ТЕХНОЛОГИЯ</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="article-type"><subject>Research Article</subject></subj-group></article-categories><title-group><article-title xml:lang="en">Selection of a finishing hole processing method for multi-product manufacturing based on solving a multi-objective optimization problem</article-title><trans-title-group xml:lang="ru"><trans-title>Выбор метода чистовой обработки отверстий в условиях многономенклатурного производства на основе решения многокритериальной оптимизационной задачи</trans-title></trans-title-group></title-group><contrib-group><contrib contrib-type="author"><contrib-id contrib-id-type="orcid">https://orcid.org/0000-0003-2763-1956</contrib-id><contrib-id contrib-id-type="scopus">57224894220</contrib-id><contrib-id contrib-id-type="researcherid">GWR-3515-2022</contrib-id><contrib-id contrib-id-type="spin">2721-4844</contrib-id><name-alternatives><name xml:lang="en"><surname>Stelmakov</surname><given-names>V. A.</given-names></name><name xml:lang="ru"><surname>Стельмаков</surname><given-names>Вадим Александрович</given-names></name></name-alternatives><address><country country="RU">Russian Federation</country></address><bio xml:lang="en"><p>Ph.D. (Engineering)</p></bio><bio xml:lang="ru"><p>канд. техн. наук</p></bio><email>009062@togudv.ru</email><uri>https://togudv.ru/rasp/teacher/29580/</uri><xref ref-type="aff" rid="aff1"/></contrib><contrib contrib-type="author"><contrib-id contrib-id-type="orcid">https://orcid.org/0000-0001-6685-519X</contrib-id><contrib-id contrib-id-type="scopus">57224898818</contrib-id><contrib-id contrib-id-type="spin">8922-3483</contrib-id><name-alternatives><name xml:lang="en"><surname>Gimadeev</surname><given-names>M. R.</given-names></name><name xml:lang="ru"><surname>Гимадеев</surname><given-names>Михаил Радикович</given-names></name></name-alternatives><address><country country="RU">Russian Federation</country></address><bio xml:lang="en"><p>Ph.D. (Engineering)</p></bio><bio xml:lang="ru"><p>канд. техн. наук</p></bio><email>009063@togudv.ru</email><uri>https://togudv.ru/rasp/teacher/29581/</uri><xref ref-type="aff" rid="aff1"/></contrib></contrib-group><aff-alternatives id="aff1"><aff><institution xml:lang="en">Pacific National University</institution></aff><aff><institution xml:lang="ru">Тихоокеанский государственный университет</institution></aff></aff-alternatives><pub-date date-type="pub" iso-8601-date="2026-03-15" publication-format="electronic"><day>15</day><month>03</month><year>2026</year></pub-date><volume>28</volume><issue>1</issue><issue-title xml:lang="en">VOL 28, NO1 (2026)</issue-title><issue-title xml:lang="ru">ТОМ 28, №1 (2026)</issue-title><fpage>46</fpage><lpage>63</lpage><history><date date-type="received" iso-8601-date="2026-03-07"><day>07</day><month>03</month><year>2026</year></date></history><permissions><copyright-statement xml:lang="en">Copyright ©; 2026, Stelmakov V.A., Gimadeev M.R.</copyright-statement><copyright-statement xml:lang="ru">Copyright ©; 2026, Стельмаков В.А., Гимадеев М.Р.</copyright-statement><copyright-year>2026</copyright-year><copyright-holder xml:lang="en">Stelmakov V.A., Gimadeev M.R.</copyright-holder><copyright-holder xml:lang="ru">Стельмаков В.А., Гимадеев М.Р.</copyright-holder><ali:free_to_read xmlns:ali="http://www.niso.org/schemas/ali/1.0/"/><license><ali:license_ref xmlns:ali="http://www.niso.org/schemas/ali/1.0/">https://creativecommons.org/licenses/by/4.0</ali:license_ref></license></permissions><self-uri xlink:href="https://journals.rcsi.science/1994-6309/article/view/392245">https://journals.rcsi.science/1994-6309/article/view/392245</self-uri><abstract xml:lang="en"><p><bold>Introduction.</bold> In modern mechanical engineering, particularly in multi-product manufacturing, the development of hole machining processes remains a significant challenge. High requirements for form accuracy, hole axis alignment, and surface roughness necessitate the use of various finishing methods, such as boring and reaming. Furthermore, based on current research in hole machining, another promising method is emerging — milling employing different strategies. Each of these methods has unique advantages and limitations concerning achievable accuracy, productivity, and cost-effectiveness. In an environment of heightened competition and the need for rapid adaptation to market changes, manufacturers face the imperative to optimize their technological processes. This is especially critical for hole machining operations, which constitute a significant portion of the total manufacturing complexity of components. <bold>Subject</bold>. This paper investigates an approach to selecting the optimal hole finishing method — boring, reaming, or milling with circular/helical interpolation — based on solving a multi-objective optimization problem. Special emphasis is placed on analyzing the influence of the number of holes being machined on the optimization results. <bold>The purpose of this work </bold>is to develop an approach for selecting a hole finishing method based on achievable form accuracy, cost, and productivity, through solving a structural optimization problem adapted to the conditions of multi-product manufacturing. <bold>Methodology.</bold> The approach is based on the application of mathematical statistics to construct regression models, establishing the influence of machining parameters on deviations from roundness and cylindricity for each finishing method under investigation. A genetic algorithm (GA) is employed to identify the Pareto-optimal solution set, and the “ideal point” method is used to select the final option. <bold>Results and discussion.</bold> Solving the optimization problem revealed that for batches containing 1 to 30 high-precision holes, milling with helical interpolation is the optimal method, whereas boring becomes optimal for batches of 40 or more holes. Recommendations regarding the selection of machining parameters for each optimal method were derived. The developed approach enables a substantiated selection of the processing method during the technological preparation stage, thereby reducing process planning complexity and enhancing economic efficiency.</p></abstract><trans-abstract xml:lang="ru"><p><bold>Введение.</bold> В современном машиностроении, особенно в условиях многономенклатурного производства, разработка технологических процессов обработки отверстий остается сложной задачей. Высокие требования к точности формы, расположению осей и шероховатости поверхностей требуют применения различных методов чистовой обработки, таких как растачивание и развертывание. Однако, исходя из современного состояния исследований в области обработки отверстий, появляется еще один перспективный метод – фрезерование с использованием различных стратегий. Каждый из этих методов обладает уникальными преимуществами и ограничениями в отношении достигаемой точности, производительности и экономической эффективности. В условиях усиления конкуренции и необходимости быстрого реагирования на изменения рыночной конъюнктуры предприятия сталкиваются с необходимостью оптимизации технологических процессов. Это особенно актуально для операций обработки отверстий, составляющих значительную долю в общей трудоемкости изготовления деталей. <bold>Предмет.</bold> В статье исследуется подход к выбору оптимального метода чистовой обработки отверстий (растачивание, развертывание, фрезерование с круговой и винтовой интерполяцией) на основе решения многокритериальной оптимизационной задачи. Особое внимание уделяется влиянию количества обрабатываемых отверстий на результат решения оптимизационной задачи. <bold>Цель работы:</bold> разработка подхода к выбору метода чистовой обработки отверстий исходя из достигаемой точности формы, себестоимости и производительности за счет решения задачи структурной оптимизации применительно к условиям многономенклатурного производства. <bold>Метод и методология.</bold> Подход основан на методах математической статистики, используемых при построении регрессионных моделей для установления влияния режимов обработки на отклонения от круглости и цилиндричности для каждого исследуемого метода обработки. Для нахождения множества оптимальных решений по Парето применяется генетический алгоритм, а для выбора итогового варианта – метод идеальной точки. <bold>Результаты и обсуждение.</bold> В результате решения оптимизационной задачи установлено, что при наличии в партии от 1 до 30 высокоточных отверстий оптимальным является фрезерование с винтовой интерполяцией, а для партий от 40 и более отверстий – растачивание. Получены рекомендации в части выбора режимов обработки для каждого из оптимальных методов. Разработанный подход позволяет обоснованно выбирать метод обработки на этапе технологической подготовки производства, что сокращает трудоемкость проектирования и повышает экономическую эффективность.</p></trans-abstract><kwd-group xml:lang="en"><kwd>Form accuracy</kwd><kwd>Optimization</kwd><kwd>Genetic algorithm</kwd><kwd>Pareto front</kwd><kwd>Finishing</kwd></kwd-group><kwd-group xml:lang="ru"><kwd>Точность формы</kwd><kwd>Оптимизация</kwd><kwd>Генетический алгоритм</kwd><kwd>Парето-фронт</kwd><kwd>Чистовая обработка</kwd></kwd-group><funding-group><funding-statement xml:lang="en">This work has funded by the Ministry of Science and Higher Education of Russian Federation (Project № FEME–2024–0010).</funding-statement><funding-statement xml:lang="ru">Работа выполнена при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (проект № FEME–2024–0010).</funding-statement></funding-group></article-meta><fn-group><fn xml:lang="en"><p><italic>Funding</italic></p> <p>This work has funded by the Ministry of Science and Higher Education of Russian Federation (Project № FEME–2024–0010).</p></fn><fn xml:lang="ru"><p><italic>Финансирование</italic></p> <p>Работа выполнена при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (проект № FEME–2024–0010</p></fn></fn-group></front><body></body><back><ref-list><ref id="B1"><label>1.</label><mixed-citation>Давыдов В.М., Кабалдин Ю.Г. Концептуальное проектирование мехатронных модулей механообработки: монография. – Владивосток: Дальнаука, 2003. – 251 с.</mixed-citation></ref><ref id="B2"><label>2.</label><mixed-citation>Математическое моделирование самоорганизующихся процессов в технологических системах обработки резанием / Ю.Г. Кабалдин, А.И. Олейников, А.М. Шпилев, А.А. Бурков. – Владивосток: Дальнаука, 2000. – 195 с.</mixed-citation></ref><ref id="B3"><label>3.</label><mixed-citation>Сергеев А.С., Плотников А.Л. Управление качеством механообработки сборным многолезвийным твердосплавным инструментом на фрезерных станках с ЧПУ // Вестник УГАТУ. – 2012. – № 4 (49). – С. 138–143.</mixed-citation></ref><ref id="B4"><label>4.</label><mixed-citation>Суслов А.Г. Основы технологии машиностроения: учебник. – М.: КноРус, 2022. – 288 с. – ISBN 978-5-406-09241-5.</mixed-citation></ref><ref id="B5"><label>5.</label><mixed-citation>Безъязычный В.Ф., Сафонов С.В. Технология машиностроения: учебное пособие. – Вологда: Инфра-Инженерия, 2020. – 336 с. – ISBN 978-5-9729-0412-9.</mixed-citation></ref><ref id="B6"><label>6.</label><mixed-citation>Базров Б.М. Основы технологии машиностроения: учебник. – М.: Машиностроение, 2007. – 736 с. – ISBN 978-5-217-03374-4.</mixed-citation></ref><ref id="B7"><label>7.</label><mixed-citation>A review of helical milling process / R.B.D. Pereira, L.C. Brandão, A.P. de Paiva, J.R. Ferreira, J.P. Davim // International Journal of Machine Tools and Manufacture. – 2017. – Vol. 120. – P. 27–48. – DOI: 10.1016/j.ijmachtools.2017.05.002.</mixed-citation></ref><ref id="B8"><label>8.</label><mixed-citation>Investigation on deviation of the hole diameter in helical milling / C. Yan, R. Kang, X. Gu, Y. Bao, Z. Dong, G. Yang // Journal of Manufacturing Processes. – 2024. – Vol. 125. – P. 604–614. – DOI: 10.1016/j.jmapro.2024.07.059.</mixed-citation></ref><ref id="B9"><label>9.</label><mixed-citation>Brinksmeier E., Fangmann S., Meyer I. Orbital drilling kinematics // Production Engineering. – 2008. – Vol. 2. – P. 277–283. – DOI: 10.1007/s11740-008-0111-7.</mixed-citation></ref><ref id="B10"><label>10.</label><mixed-citation>Hole diameter variation and roundness in dry orbital drilling of CFRP/Ti stacks / L. Zhou, Y. Ke, H. Dong, Z. Chen, K. Gao // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2016. – Vol. 87. – P. 811–824. – DOI: 10.1007/s00170-016-8528-1.</mixed-citation></ref><ref id="B11"><label>11.</label><mixed-citation>Liu C., Wang G., Dargusch M.S. Modelling, simulation and experimental investigation of cutting forces during helical milling operations // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2012. – Vol. 63. – P. 839–850. – DOI: 10.1007/s00170-012-3951-4.</mixed-citation></ref><ref id="B12"><label>12.</label><mixed-citation>Study on the removal mechanism and milling quality of helical milling hole of SiCp/Al composites / Y. Zhou, J. Liu, S. Wang, H. Chen, D. Li, L. Ma, M. Li // Journal of Manufacturing Processes. – 2024. – Vol. 109. – P. 379–393. – DOI: 10.1016/j.jmapro.2023.12.041.</mixed-citation></ref><ref id="B13"><label>13.</label><mixed-citation>Ozturk O.M., Kilic Z.M., Altintas Y. Mechanics and dynamics of orbital drilling operations // International Journal of Machine Tools and Manufacture. – 2018. – Vol. 129. – P. 37–47. – DOI: 10.1016/j.ijmachtools.2018.03.001.</mixed-citation></ref><ref id="B14"><label>14.</label><mixed-citation>Modeling and analyses of helical milling process / Y. Tian, Y. Liu, F. Wang, X. Jing, D. Zhang, X. Liu // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2017. – Vol. 90. – P. 1003–1022. – DOI: 10.1007/s00170-016-9418-2.</mixed-citation></ref><ref id="B15"><label>15.</label><mixed-citation>Li Z., Liu Q. Surface topography and roughness in hole-making by helical milling // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2013. – Vol. 66. – P. 1415–1425. – DOI: 10.1007/s00170-012-4419-2.</mixed-citation></ref><ref id="B16"><label>16.</label><mixed-citation>Stelmakov V.A., Gimadeev M.R., Iakuba D.D. Research on the process of forming cylindrical surfaces of holes during milling finish with end mills using a circular interpolation strategy // Proceedings the 6th International Conference on Industrial Engineering (ICIE 2020). Vol. 2. – Cham: Springer, 2021. – P. 917–925. – (Lecture Notes in Mechanical Engineering.). – DOI: 10.1007/978-3-030-54817-9_106.</mixed-citation></ref><ref id="B17"><label>17.</label><mixed-citation>A new dynamic boring force calculation method using the analytical model of time-varying toolpath and chip fracture / W. Du, L. Wang, D. Peng, Y. Shao, C.K. Mechefske // Journal of Materials Processing Technology. – 2022. – Vol. 306. – P. 117642. – DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2022.117642.</mixed-citation></ref><ref id="B18"><label>18.</label><mixed-citation>State-of-art, challenges, and outlook on deep hole boring: chatter suppression, tool wear monitoring, and error measurement / J. Sun, C. Sun, Z. Yan, W. Yang, C. Zhou, P. Zhang, L. Shu // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2025. – Vol. 136. – P. 2075–2105. – DOI: 10.1007/s00170-025-15007-x.</mixed-citation></ref><ref id="B19"><label>19.</label><mixed-citation>Du W., Wang L., Shao Y. A semi-analytical dynamics method for spindle radial throw in boring process // Journal of Manufacturing Processes. – 2023. – Vol. 96. – P. 110–124. – DOI: 10.1016/j.jmapro.2023.04.047.</mixed-citation></ref><ref id="B20"><label>20.</label><mixed-citation>Model-based error motion prediction and fit clearance optimization for machine tool spindles / H. Cao, B. Li, Y. Li, T. Kang, X. Chen // Mechanical Systems and Signal Processing. – 2019. – Vol. 133. – P. 106252. – DOI: 10.1016/j.ymssp.2019.106252.</mixed-citation></ref><ref id="B21"><label>21.</label><mixed-citation>A novel multi-probe method for separating spindle radial error from artifact roundness error / Y. Chen, X. Zhao, W. Gao, G. Hu, S. Zhang, D. Zhang // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2017. – Vol. 93. – P. 623–634. – DOI: 10.1007/s00170-017-0533-5.</mixed-citation></ref><ref id="B22"><label>22.</label><mixed-citation>Bhattacharyya O., Kapoor S.G., DeVor R.E. Mechanistic model for the reaming process with emphasis on process faults // International Journal of Machine Tools and Manufacture. – 2006. – Vol. 46 (7–8). – P. 836–846. – DOI: 10.1016/j.ijmachtools.2005.07.022.</mixed-citation></ref><ref id="B23"><label>23.</label><mixed-citation>Analysis of the surface roughness, cutting efforts, and form errors in bore reaming of hardened steel using a statistical approach / T.F.L. Melo, S.L.M.R. Filho, É.M. Arruda, L.C. Brandão // Measurement. – 2019. – Vol. 134. – P. 845–854. – DOI: 10.1016/j.measurement.2018.12.033.</mixed-citation></ref><ref id="B24"><label>24.</label><mixed-citation>The effects of process faults and misalignments on the cutting force system and hole quality in reaming / O. Bhattacharyya, M.B. Jun, S.G. Kapoor, R.E. DeVor // International Journal of Machine Tools and Manufacture. – 2006. – Vol. 46 (12–13). – P. 1281–1290. – DOI: 10.1016/j.ijmachtools.2005.11.002.</mixed-citation></ref><ref id="B25"><label>25.</label><mixed-citation>Карпенко А.П., Семенихин А.С., Митина Е.В. Популяционные методы аппроксимации множества Парето в задаче многокритериальной оптимизации. Обзор // Машиностроение и компьютерные технологии. – 2012. – № 4. – С. 1–36.</mixed-citation></ref><ref id="B26"><label>26.</label><mixed-citation>Программные системы для оценки качества Парето-аппроксимации в задаче многокритериальной оптимизации. Обзор / В.В. Белоус, С.В. Грошев, А.П. Карпенко, И.А. Шибитов // Машиностроение и компьютерные технологии. – 2014. – № 4. – С. 300–320.</mixed-citation></ref><ref id="B27"><label>27.</label><mixed-citation>A study on multi-objective optimization in non-circular helical pocket milling of AI 6061-T6 using integrated approach response surface method (RSM) with genetic algorithm (GA) / T. Khan, G. Kiswanto, A.S. Saragih, R. Kurniawan // Results in Engineering. – 2025. – Vol. 28. – P. 107052. – DOI: 10.1016/j.rineng.2025.107052.</mixed-citation></ref><ref id="B28"><label>28.</label><mixed-citation>Xie Y., Mei S., Zhang C. Optimisation decision of machining process parameters considering milling energy consumption and specific cutting energy // Alexandria Engineering Journal. – 2025. – Vol. 128. – P. 786–795. – DOI: 10.1016/j.aej.2025.07.034.</mixed-citation></ref><ref id="B29"><label>29.</label><mixed-citation>Integrated multi-objective optimization of rough and finish cutting parameters in plane milling for sustainable machining considering efficiency, energy, and quality / S. Jia, S. Wang, S. Li, W. Cai, Y. Liu, S. Bai, Z.S. Li // Journal of Cleaner Production. – 2024. – Vol. 471. – P. 143406. – DOI: 10.1016/j.jclepro.2024.143406.</mixed-citation></ref><ref id="B30"><label>30.</label><mixed-citation>Ящерицын П.И., Махаринский Е.И. Планирование эксперимента в машиностроении: справочное пособие. – Минск: Вышэйшая школа, 1985. – 286 с.</mixed-citation></ref><ref id="B31"><label>31.</label><mixed-citation>Грубый С.В. Оптимизация механической обработки: учебник. – СПб.: Лань, 2022. – 140 с. – ISBN 978-5-8114-3800-6.</mixed-citation></ref></ref-list></back></article>
