機(jī)械制造工藝對稱性的概念體系及其應(yīng)用思路

武國春，張維智河北省秦皇島市中信戴卡股份有限公司

機(jī)械制造工藝對稱性的概念體系及其應(yīng)用思路

武國春1，張維智2
河北省秦皇島市中信戴卡股份有限公司

在機(jī)械制造工藝中，工藝對稱性的概念不容忽視。因此，為了進(jìn)一步研究機(jī)械制造工藝的規(guī)律，提高生產(chǎn)效率，研究對稱性的概念體系勢在必行。本文首先介紹了工藝對稱性的概念和分類體系，然后具體探討了工藝方法的對稱性、工藝過程對稱性、工藝設(shè)備對稱性，力求通過對稱性提升效率，降低成本，為企業(yè)帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益。

機(jī)械制造工藝；對稱性；概念；應(yīng)用

在機(jī)械領(lǐng)域內(nèi)，對稱性是最基本的屬性和特征。機(jī)械對稱概念體系中有幾種概念，這幾個(gè)概念各自有明確的指導(dǎo)作用。關(guān)注機(jī)械對稱概念，對其進(jìn)行研究，融入至產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，可以充分根據(jù)需求進(jìn)行設(shè)計(jì)。近幾年來，對稱性在機(jī)械制造領(lǐng)域中面臨著越發(fā)廣泛的應(yīng)用空間。許多專家和設(shè)計(jì)者根據(jù)對稱概念研發(fā)出相應(yīng)的產(chǎn)品，如對稱加工機(jī)床，超塑性氣體對稱拉延工藝，簡化了設(shè)備也有效防止變形。利用對稱性不僅可以提高機(jī)械加工質(zhì)量和效率，還可以有效降低成本。為了擴(kuò)大對稱性在機(jī)械設(shè)計(jì)和制造中的應(yīng)用范圍，提高產(chǎn)品的可塑性，本文主要探討了機(jī)械工藝對稱性的概念和具體分類。

1、工藝對稱性的概念和分類體系

機(jī)械制造分為狹義和廣義。這里重點(diǎn)指狹義。狹義的機(jī)械制造中包含一系列的內(nèi)容，稱之為工藝對稱性。工藝對稱性包括工藝方法、工藝過程和工藝設(shè)備對稱性三種。在機(jī)械制造中，首先要了解制造特征這個(gè)概念。制造特征主要是指將某一工藝過程或其組成部分直接進(jìn)行操作的對象就是制造特征。制造特征主要體現(xiàn)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)所體現(xiàn)的加工特征。

要注意，產(chǎn)品工藝的制定需要根據(jù)制造特征和實(shí)際情況進(jìn)行方法擬定。不同的工藝方法共同融合，再根據(jù)具體情況選擇設(shè)備。選擇工藝方法時(shí)，要秉承選擇最合適的工藝方法，嚴(yán)格遵循工藝流程，選擇合適、性能高、性價(jià)比劃算的設(shè)備。并注意將多種方法、流程、設(shè)備共同結(jié)合以體現(xiàn)制造特征的可替換性。并且，通過這一系列的研究，可以對工藝進(jìn)行合理的優(yōu)化。

2、工藝方法的對稱性

2.1工藝方法交換對稱性

通過不同的工藝方法得到相同的制造特征，就可以稱這些工藝方法具有一定的替換性，也就是工藝方法交換對稱性。單品種的工藝方法可通過交換對稱性相結(jié)合，如鑄造、壓力、加工、焊接等等。所有的工藝方法實(shí)際上都存在一定的交換對稱性。面對具體產(chǎn)品和企業(yè)時(shí)，這些工藝方法需要以交換對稱性的方式參與到應(yīng)用之中。

2.2工藝方法分解或組合對稱性

通過一種或幾種工藝方法都能得到同一種制造特征，就可以說明單一的工藝方法與多種工藝方法存在對稱性，這就是工藝方法分解或組合對稱性。比如，金屬型鑄造和砂型鑄造與后續(xù)切削加工結(jié)合都可以得到同一零件，那么前者與后者組合方法就存在著對稱性。

2.3工藝方法時(shí)空對稱性

工藝方法時(shí)空對稱性是指在時(shí)空中具有規(guī)律重復(fù)性的工藝方法或組元。時(shí)空對稱性包括時(shí)間對稱性、空間對稱性、時(shí)空組合對稱性。簡而言之，工藝方法或者組元的規(guī)律與實(shí)踐有關(guān)，而且一旦這種變化被時(shí)間測算出規(guī)律，那么就稱之為有時(shí)間對稱性。比如為了提高生產(chǎn)效率，在生產(chǎn)大批零件時(shí)往往會采取相同的工藝方法生產(chǎn)同一零件，這種帶有重復(fù)性的過程就是時(shí)間對稱性。

3、工藝過程對稱性

3.1工藝過程交換對稱性

制造特征體現(xiàn)在工藝過程之中，如果能在不同的工藝過程中體現(xiàn)統(tǒng)一制造特征，那么就存在交換對稱性。比如，在進(jìn)行階梯軸加工時(shí)，再采取切削加工，觀察在工藝過程中得到相同的制造特征。如果存在相同的制造特征，那么就說明這二者之間存在交換對稱性。不過，由于工藝方法的不同，導(dǎo)致生產(chǎn)效率也會不同，這種交換對稱性需基于一定的條件，即具體情況具體分析。

3.2工藝過程分解或組合對稱性

設(shè)計(jì)產(chǎn)品最重要的除了工藝方法，就是工藝過程，因此，工藝過程的分解貨組合對稱性實(shí)際就是關(guān)于工藝方法的分解或組合對稱性的具體表現(xiàn)。一般來講，工藝過程中包含多項(xiàng)工序，這些工序需要嚴(yán)格按照步驟開展，那么工藝過程的分解或組合也關(guān)系到工序的數(shù)量。根據(jù)生產(chǎn)零件規(guī)模來看，小批量生產(chǎn)的工序相對要集中，大批量則可以分散加工。

3.3工藝過程的時(shí)空對稱性

在工藝過程的時(shí)空上存在有規(guī)律的重復(fù)性就是時(shí)空對稱性。時(shí)空對稱性包括時(shí)間對稱性、空間對稱性、時(shí)空組合對稱性。在時(shí)間和空間中還包含著許多類別，這些類別的對稱性往往會在同一個(gè)工藝過程中體現(xiàn)出來。

在批量生產(chǎn)中，常見的對稱是串行對稱。這個(gè)對稱以大批量生產(chǎn)過程為主，如在鉆床上進(jìn)行零件鉆孔加工時(shí)，其工藝過程總就會有關(guān)于鉆孔加工的串行重復(fù)。在串行對稱中，需要思考的問題是如何提高工作效率和零件質(zhì)量。

在大批量零件生產(chǎn)中，并行對稱也是不容忽視的。例如，在鑄造疊箱時(shí)，由于在工藝過程中并行著不同的零件，經(jīng)過鑄造后許多產(chǎn)品均已成型。并行加工的好處在可以提高工作效率，降低成本。

4、工藝設(shè)備對稱性

4.1工藝設(shè)備交換對稱性

通過不同的工藝設(shè)備展現(xiàn)同一制造特征，那么就可以稱之為設(shè)備的交換對稱性。在不同的工藝設(shè)備上完成齒輪加工，就可以說明加工齒輪的設(shè)備存在著交換對稱性。由于不同設(shè)備的性能不同，因此會存在一定的差異，關(guān)于設(shè)備的交換對稱性更趨近于一種原則。

4.2工藝設(shè)備分解組合對稱性

通過一種設(shè)備或多種設(shè)備組合得到相同的制造特征，就可以稱之為工藝設(shè)備分解組合對稱性。能夠得到同一制造特征，說明單一設(shè)備或多種設(shè)備組合的對稱性十分明顯，這種對稱性可分為剛性和柔性。剛性組合與柔性組合最大的區(qū)別在于，剛性組合不可拆卸。柔性組合可以拆卸，適應(yīng)性更強(qiáng)。

4.3工藝設(shè)備時(shí)空對稱性

工藝設(shè)備時(shí)空對稱性主要體現(xiàn)在設(shè)備與原料、半成品之間的轉(zhuǎn)化，與工藝過程密切相關(guān)。因?yàn)樵O(shè)備就是為原料和產(chǎn)品轉(zhuǎn)化服務(wù)的，所以其對稱性會大大影響產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。幾乎所有的工藝設(shè)備都存在時(shí)空對稱性。

5、結(jié)束語

綜上所述，本文提出了工藝對稱性的概念和分類，明確了研究的重點(diǎn)。通過機(jī)械制造的對稱性概念，我們可以看到其廣闊的發(fā)展空間，也為今后的對稱性研究開辟了全新的道路。

[1]馮培恩,劉偉平,馬友才,李立新.機(jī)械制造工藝對稱性的概念體系及其應(yīng)用思路[J].工程設(shè)計(jì)學(xué)報(bào),2010,03:161-167.

[2]唐耀紅,董甲東,何翠群.機(jī)械制造對稱性概念體系及其應(yīng)用思路[J].安慶師范學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2015,01:115-119.

[3]唐耀紅,何翠群.基于工藝對稱性的制造特征信息建模及工藝優(yōu)化[J].組合機(jī)床與自動化加工技術(shù),2015,06:125-129.