机械制造工艺对称性的概念体系及其应用思路

武国春，张维智河北省秦皇岛市中信戴卡股份有限公司

机械制造工艺对称性的概念体系及其应用思路

武国春1，张维智2
河北省秦皇岛市中信戴卡股份有限公司

在机械制造工艺中，工艺对称性的概念不容忽视。因此，为了进一步研究机械制造工艺的规律，提高生产效率，研究对称性的概念体系势在必行。本文首先介绍了工艺对称性的概念和分类体系，然后具体探讨了工艺方法的对称性、工艺过程对称性、工艺设备对称性，力求通过对称性提升效率，降低成本，为企业带来良好的经济效益。

机械制造工艺；对称性；概念；应用

在机械领域内，对称性是最基本的属性和特征。机械对称概念体系中有几种概念，这几个概念各自有明确的指导作用。关注机械对称概念，对其进行研究，融入至产品设计中，可以充分根据需求进行设计。近几年来，对称性在机械制造领域中面临着越发广泛的应用空间。许多专家和设计者根据对称概念研发出相应的产品，如对称加工机床，超塑性气体对称拉延工艺，简化了设备也有效防止变形。利用对称性不仅可以提高机械加工质量和效率，还可以有效降低成本。为了扩大对称性在机械设计和制造中的应用范围，提高产品的可塑性，本文主要探讨了机械工艺对称性的概念和具体分类。

1、工艺对称性的概念和分类体系

机械制造分为狭义和广义。这里重点指狭义。狭义的机械制造中包含一系列的内容，称之为工艺对称性。工艺对称性包括工艺方法、工艺过程和工艺设备对称性三种。在机械制造中，首先要了解制造特征这个概念。制造特征主要是指将某一工艺过程或其组成部分直接进行操作的对象就是制造特征。制造特征主要体现在产品设计时所体现的加工特征。

要注意，产品工艺的制定需要根据制造特征和实际情况进行方法拟定。不同的工艺方法共同融合，再根据具体情况选择设备。选择工艺方法时，要秉承选择最合适的工艺方法，严格遵循工艺流程，选择合适、性能高、性价比划算的设备。并注意将多种方法、流程、设备共同结合以体现制造特征的可替换性。并且，通过这一系列的研究，可以对工艺进行合理的优化。

2、工艺方法的对称性

2.1工艺方法交换对称性

通过不同的工艺方法得到相同的制造特征，就可以称这些工艺方法具有一定的替换性，也就是工艺方法交换对称性。单品种的工艺方法可通过交换对称性相结合，如铸造、压力、加工、焊接等等。所有的工艺方法实际上都存在一定的交换对称性。面对具体产品和企业时，这些工艺方法需要以交换对称性的方式参与到应用之中。

2.2工艺方法分解或组合对称性

通过一种或几种工艺方法都能得到同一种制造特征，就可以说明单一的工艺方法与多种工艺方法存在对称性，这就是工艺方法分解或组合对称性。比如，金属型铸造和砂型铸造与后续切削加工结合都可以得到同一零件，那么前者与后者组合方法就存在着对称性。

2.3工艺方法时空对称性

工艺方法时空对称性是指在时空中具有规律重复性的工艺方法或组元。时空对称性包括时间对称性、空间对称性、时空组合对称性。简而言之，工艺方法或者组元的规律与实践有关，而且一旦这种变化被时间测算出规律，那么就称之为有时间对称性。比如为了提高生产效率，在生产大批零件时往往会采取相同的工艺方法生产同一零件，这种带有重复性的过程就是时间对称性。

3、工艺过程对称性

3.1工艺过程交换对称性

制造特征体现在工艺过程之中，如果能在不同的工艺过程中体现统一制造特征，那么就存在交换对称性。比如，在进行阶梯轴加工时，再采取切削加工，观察在工艺过程中得到相同的制造特征。如果存在相同的制造特征，那么就说明这二者之间存在交换对称性。不过，由于工艺方法的不同，导致生产效率也会不同，这种交换对称性需基于一定的条件，即具体情况具体分析。

3.2工艺过程分解或组合对称性

设计产品最重要的除了工艺方法，就是工艺过程，因此，工艺过程的分解货组合对称性实际就是关于工艺方法的分解或组合对称性的具体表现。一般来讲，工艺过程中包含多项工序，这些工序需要严格按照步骤开展，那么工艺过程的分解或组合也关系到工序的数量。根据生产零件规模来看，小批量生产的工序相对要集中，大批量则可以分散加工。

3.3工艺过程的时空对称性

在工艺过程的时空上存在有规律的重复性就是时空对称性。时空对称性包括时间对称性、空间对称性、时空组合对称性。在时间和空间中还包含着许多类别，这些类别的对称性往往会在同一个工艺过程中体现出来。

在批量生产中，常见的对称是串行对称。这个对称以大批量生产过程为主，如在钻床上进行零件钻孔加工时，其工艺过程总就会有关于钻孔加工的串行重复。在串行对称中，需要思考的问题是如何提高工作效率和零件质量。

在大批量零件生产中，并行对称也是不容忽视的。例如，在铸造叠箱时，由于在工艺过程中并行着不同的零件，经过铸造后许多产品均已成型。并行加工的好处在可以提高工作效率，降低成本。

4、工艺设备对称性

4.1工艺设备交换对称性

通过不同的工艺设备展现同一制造特征，那么就可以称之为设备的交换对称性。在不同的工艺设备上完成齿轮加工，就可以说明加工齿轮的设备存在着交换对称性。由于不同设备的性能不同，因此会存在一定的差异，关于设备的交换对称性更趋近于一种原则。

4.2工艺设备分解组合对称性

通过一种设备或多种设备组合得到相同的制造特征，就可以称之为工艺设备分解组合对称性。能够得到同一制造特征，说明单一设备或多种设备组合的对称性十分明显，这种对称性可分为刚性和柔性。刚性组合与柔性组合最大的区别在于，刚性组合不可拆卸。柔性组合可以拆卸，适应性更强。

4.3工艺设备时空对称性

工艺设备时空对称性主要体现在设备与原料、半成品之间的转化，与工艺过程密切相关。因为设备就是为原料和产品转化服务的，所以其对称性会大大影响产品的生产效率。几乎所有的工艺设备都存在时空对称性。

5、结束语

综上所述，本文提出了工艺对称性的概念和分类，明确了研究的重点。通过机械制造的对称性概念，我们可以看到其广阔的发展空间，也为今后的对称性研究开辟了全新的道路。

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[2]唐耀红,董甲东,何翠群.机械制造对称性概念体系及其应用思路[J].安庆师范学院学报(自然科学版),2015,01:115-119.

[3]唐耀红,何翠群.基于工艺对称性的制造特征信息建模及工艺优化[J].组合机床与自动化加工技术,2015,06:125-129.