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        摘要：以萬能回轉銑床平臺作為特定的加工系統物理模型，借助于介尺度范疇能量理論和介尺度范疇特征建立介尺度范疇能量方程式，提出了不穩定是由多因素決定的，而且各因素的影響是變化且相互轉化的，通過因素轉化機制可以改變某一靈敏值，從而達到優化和控制介尺度范疇能量Ｎ的目的。
 
        關鍵詞：介尺度范疇；介尺度范疇特征；穩定性診斷模型
   
        引言
 
        萬能回轉銑床平臺作為特定的加工系統，可以完成萬能銑床應有的全部功能，組成可分為萬能回轉銑床、夾具工裝、被加工部件、刀具、潤滑冷卻等，如圖１所示為萬能回轉銑床平臺加工系統。
  

       
  
        圖１　萬能回轉銑床平臺加工系統
 
        系統就單一組成部件而言其穩定性不容質疑，但是上述部件組合構成具體的加工平臺，特別是針對不同被加工部件加工時，系統是變動的，穩定性不確定且是動態變化的、隨機的，不確定因素變得更敏感更廣泛，危害涉及多范圍領域：被加工工件質量、銑床本身、夾具工裝、刀具以及系統所處空間范圍內的人員和設備，而且這種危害是可以放大的。萬能
回轉銑床平臺系統作為整體需考慮自身的穩定性和可控性，以可靠和安全生產為根本目的，以不穩定診斷及判定為出發點。基于上述認識筆者認為必須建立穩定性診斷模型，從理論上指導系統的穩定性、可靠性和安全性運行。
 
        １ 、系統原理
 
        系統穩定性診斷模型研究領域應屬于介尺度范疇或混沌邊緣度范疇。介尺度范疇特征是新系統即將取代舊系統但是新系統還沒有出現，舊系統即將崩潰或質變但是新系統還沒有建立，舊系統和新系統特征均有，但是主導方既不是舊系統也不是新系統［１］，各類臨界態此消彼長，但是系統穩定性表征是受多因素影響的。以圖１所示萬能回轉銑床平臺加工系統為例分析這一動態進程可知，萬能回轉銑床本身決定了加工進刀量、轉速等因素，外來應力Ｆ 主要由它決定；夾具工裝決定了加工過程中的剛度，震動、噪音Ｗ 的決定力量來自于夾具工裝部件；被加工部件材質、形狀，刀具的形狀、轉速、進刀量決定了加工過程中的摩擦力ｆ，由摩擦力ｆ決定了工件加工溫度Ｔ，由摩擦力ｆ、工件加工溫度Ｔ 以被加工工件結構特征Ｍ 決定了系統內耗Ｅ；加工工件結構變形量Ｍ 是系統不穩定性特征值之一，影響因素多樣可變不恒定是基本特征。萬能回轉銑床平臺加工過程中決定的系統不確定值即介尺度范疇特征Ｘ，該值僅在介尺度范疇起作用，且該值主要表示不穩定瞬態能量釋放走向。
 
        作為以穩定性診斷模型建立基礎為介尺度范疇下的能量理論，介尺度范疇下能量的轉化及流向已與原系統能量流向發生質的變化，新的系統決定了能量的聚集和釋放效應均為新過程，新過程的能量的聚集和釋放效應是以系統尺度的變化為基礎，隨著過程的進一步變化達到一種狀態，有小的干擾也會對原系統產生不穩定或災變，能量的走向是不穩定的根本原因。基于以上分析可以知道不穩定是由多因素決定的，而且因素的影響是變化的、因素是相互轉化的，系統的動態變化是由系統內部各組成部分間的相互作用產生的，而不是由任何外界因素控制或主導所致，這是一個減熵有序化的過程；介尺度范疇能量Ｎ 與介尺度范疇特征Ｘ 及外來應力Ｆ、震動、噪音Ｗ、系統內耗Ｅ、被加工工件結構變形量Ｍ、時間Ｔ 之間存在以下函數：
 
          Ｎ ＝Ｙ（Ｘ，Ｆ，Ｗ ，Ｅ，Ｍ，Ｔ）
 
        由Ｘ，Ｆ，Ｗ，Ｅ，Ｍ，Ｔ 相互作用，使得系統向自組織臨界狀態發展；當系統達到這種狀態時，即使是很小的干擾事件也可能引起系統一系列不穩定。
 
        時間Ｔ 延長，單位時間內系統內耗Ｅ 就會大幅降低，介尺度范疇特征Ｘ，外來應力Ｆ、震動、噪音Ｗ 、被加工工件結構變形量Ｍ 等也會同步降低，由上述因素決定的介尺度范疇能量Ｎ 也會大幅降低，由Ｎ 決定的不穩定即災變就不會發生。根據實踐測試被加工工件結構變形量Ｍ 和時間Ｔ值靈敏度最高。
 
        不穩定是多因素決定的，而且因素的影響是變化的、因素是相互轉化的，由介尺度范疇能量Ｎ公式，我們可以通過改變介尺度范疇特征Ｘ 值來降低外來應力Ｆ、震動、噪音Ｗ 、被加工工件結構變形量Ｍ 對介尺度范疇能量Ｎ 的影響權數；同理通過改變外來應力Ｆ 來降低介尺度范疇特征Ｘ、震動、噪音Ｗ 、被加工工件結構變形量Ｍ 對介尺度范疇能量Ｎ 的影響權數；同理通過改變被加工工件結構變形量Ｍ，來降低介尺度范疇特征Ｘ、震動、噪音Ｗ 、外來應力Ｆ 對介尺度范疇能量Ｎ 的影響權數；簡而言之，震動、噪音Ｗ 大時，通過降低震動、噪音即可以避免災變發生。
 
        ２ 、系統應用
 
        １）工件安裝為懸臂梁時，懸臂大于５０ｍｍ。這反映在工件質量上，大于５０ｍｍ 質量沒有保障，加工精度２絲的誤差不能保證，圖２為加工質量圖。

        圖２　加工質量圖
 
        加工刀具上直徑為１２ｍｍ的鍵銑刀跳動大不能使用；整個加工過程震動噪音很大；直徑為６ｍｍ的加長銑刀，加工過程中折斷２支，圖３為銑刀折斷圖；直徑為５０ｍｍ端面銑刀過度磨損，見圖４端面銑刀過度磨損圖。

        圖３　銑刀折斷圖                            圖４　端面銑刀過度磨損圖
     
        修正調整后，當工件安裝為懸臂梁，懸臂不大于３０ｍｍ時，加工精度在２絲誤差之內；在剛度較好的條件下，直徑為６ｍｍ 的加長銑刀工作壽命１００ｈ；直徑為５０ｍｍ端面銑刀工作壽命為４０ｈ。工件安裝為懸臂梁時懸臂大于５０ｍｍ，決定了加工工件結構變形量Ｍ 數值較大，這樣系統極易滿足介尺度范疇，介尺度范疇特征Ｘ 數值靈敏度較高，所以加工過程不穩定顯現特別明顯：質量沒有保障、銑刀折斷、端面銑刀過度磨損圖、鍵銑刀跳動大不能使用、加工過程震動噪音大。
 
        ２）銑床平口鉗剛度對加工過程的影響評價。
     
        如圖５所示為剛度差別較大的兩個銑床加工用銑床平口鉗，剛性較好的銑床平口鉗與較差的銑床平口鉗相比，工作效率高３倍，銑刀壽命普遍延長，加工工件質量一致性較好。

          圖５　不同剛度銑床平口鉗加工質量工效比較
     
        ３、 結語
 
        基于萬能回轉銑床平臺加工工件過程中穩定性診斷模型的建立，為安全生產、優化工裝設備、有效提高生產效率和產品質量提供了理論基礎，質量和高效生產不矛盾，工裝設備是高效生產的有效手段，介尺度范疇能量Ｎ 與介尺度范疇特征Ｘ 及外來應力Ｆ、震動、噪音Ｗ 、系統內耗Ｅ、被加工工件結構變形量Ｍ、時間Ｔ 之間存在函數：Ｎ＝Ｙ（Ｘ，Ｆ，Ｗ ，Ｅ，Ｍ，Ｔ）。不穩定是多因素決定的，而且因素的影響是變化的、因素是相互轉化的，通過因素轉化機制可以改變某一靈敏值而達到優化和控制介尺度范疇能量Ｎ 的目的，從而避免災變發生，實現安全高效生產。