机械制造工艺对称性的思考

张书明

摘 要：为了更加科学、有效地研究对称性在机械制造行业中的指导作用、功能效果以及应用规律，建立了机械制造工艺对称性的概念体系，并对该体系进行不断的完善和扩充，最终形成了由工艺方法对称性、工艺过程对称性以及工艺设备对称性构成的多层次分类体系，并对机械制造工艺对称性中的组合/分解对称性进行了细分。机械制造工艺对称性对机械施工设计水平和机械制造工艺水平的提高都有积极的促进作用。这篇文章就机械制造工艺对称性概念体系进行了系统且完整的实例说明，具体体现了对称性在机械制造行业中的普遍存在现象，为机械制造工艺对称性的深入研究奠定了坚实的理论基础。

关键词：机械制造；工艺对称性；概念体系；初步探究

0 引言

对称性是人类在观察自然和认识自然过程中产生的一种主观认知，也是自然界事物中的基本特征和固有属性之一。对称性存在于大自然的各个角落，各个领域，各个行业，在机械制造工艺中也不例外。近些年来，随着科学技术的不断发展与创新，对称性在机械制造中的应用越来越广泛。比如，吴志明利用操作转台的对称性对键槽进行了对称加工；郭峰利用对称锁削法在很大程度上提高了机械产品加工制造的生产效率；宋立彬则设计了两端对齐的零件浮动模型，可以保持零件在加工生产的过程中受力均衡，进一步提高了零件的质量等，这些实例都是利用将对称性原理运用到机械自动化生产过程中以提高产品的生产效率和加工质量，以进一步实现降低成本。对机械制造行业有着极大的现实意义。但是对称性在机械制造行业中的应用还局限在织造工艺和设备本身，缺乏完整性和系统性，忽略了在产品设计、施工运作等方面对称性同样可以发挥重要的作用。本文将就机械制造工艺中对称性概念体系进行了初步探究。

1 机械制造工艺对称性的概念体系分类

机械制造工艺对称性包括工艺方法对称性、工艺过程对称性和工艺设备对称性3大类。其中，工艺方法对称性具体包括工艺方法分解对称、工艺方法组合对称、工艺方法交换对称、工艺方法时空对称3项基本内容；工艺过程对称性包括工艺过程交换对称、工艺过程分解/组合对称、工艺过程时空对称；工艺设备对称性包括工艺设备交换对称、工艺设备分解/组合对称、工艺设备时空对称。

2 机械产品制造工艺方法对称性

2.1 工艺方法交换对称性

工艺方法中的对称性是指应用不同的工艺方法对产品进行处理，得到的产品具有相同的制造特征，则这两种或多种工业方法则具有交换对称性，称为工艺方法的交换对称性。比如，机械制造中的十类工艺方法包括切削加工、热处理、焊接、铸造等，这十类工艺方法又分为若干类具体的方法，这些所有的工艺方法中都存在交换对称性，但是，由于目前的机械制造企业都采用的是流水生产作业，大大减弱了多种工艺方法间的交换对称性。

2.2 工艺方法中分解对称性和组合对称性

如果在机械制造业中某一产品的某一制造特征可以通过单一的工艺方法获得，也可以采用多中工艺方法组合应用获得，那么这种单一的工艺方法则与那多种的工艺方法存在对称性，也就是工艺方法中分解对称性和组合对称性。举个例子辅助说明：某一特定的零件可以采用金属型铸造直接加工获得成型，也可以采用砂型铸造和后续的切削加工两道工序方法组合应用获得，也便可以说就这一种零件，金属型铸造工艺与砂型铸造结合切削加工组成的这一组合之间存在着工艺方法分解/组合对称性。在机械制造的具体加工过程中采用哪种方法，要结合本企业的设备，视情况而定。

2.3 工艺方法时空对称性

工艺方法中的时空对称性由空间对称性、时间对称性、时空对称性3个基础对称性组合而成。工艺方法是否具有实践对称性表现在该工艺方法在机械制造过程中是否出现制造工艺随着时间的变化出现规律性重复的现象。例如，机械制造工厂会通过一种机械制造工艺方法生产加工大量的零件，这批零件的生产过程便是由一种工艺方法重复使用的过程，便称这种工艺方法具有时间对称性；当机械制造中的某一工艺方法随空间的变化出现规律性的重复时，说明该工艺方法具备空间对称性。比如，对称焊接的过程中，两个焊枪在工字梁同步作业，使工字梁两侧受到的变形力和收缩力相互抵消，保证了焊接质量，这就是利用了焊接的空间对称性；顾名思义，工艺方法的时空对称性组合是空间对称性和时间对称性的组合，在加工和装配生产线上应用较为广泛。

参考文献

[1]韦敏情.机械制造工艺对称性的概念体系及其应用思路[J].中国科技投资，2013，（A22）：202.

[2]冯培恩，刘伟平，马友才，等.机械制造工艺对称性的概念体系及其应用思路[J].工程设计学报，2010，（3）：161-167.

（作者单位：河北德鹏机械设备有限公司）