初探煤矿机械零件加工误差及控制措施

◎赵海军

引言：

煤矿机械零件在加工过程中极易受到多方不利影响而导致误差形成，如此不仅会降低零件的整体加工质量，更会对零件的性能造成不利影响。因此，为了保证煤矿机械设备可以正常、稳定、高效运行，就必须要确保机械零件的质量，零件的精度不但是零件本身是否与相关生产标准和要求相符的重要依据，还是机械零件加工的最基本之要求。鉴于此，相关人员需要全方位分析导致机械零件产生误差的原因，及时采取有效解决措施，以确保零件的质量，另外还应不断改进煤矿机械零件加工工艺，提升零件加工精度，进一步推动我国煤矿机械零件加工水平的可持续发展。

作为最基础的机械加工工艺，机械零部件加工是通过合理的加工工艺和加工技术对所加工对象的形状、尺寸、效果等等予以改变，使产品可以达到相关工艺标准。除此之外，在机械零件加工期间，由于加工机械产热以及力度作用，会致使工艺系统遭受一定程度的影响，进而导致零件加工精度难以达标，因此，应当及时对相关问题予以处理，以筑牢加工精度的坚实基础。近些年来，国内的煤矿企业对行业内部机械设备需求量以及相关要求愈来愈高。因为煤矿机械加工的工作环境比较恶劣，这就要求其不仅需要具备过硬的质量以及专业的性能，还应当具备较高的可靠性。然而在煤矿机械零部件加工的过程之中，误差是无可避免的，其对零部件的质量和性能造成不利影响，进而对设备的可靠性也有一定的影响，所以，找出误差的成因并及时采取有效的措施是相关工作人员保证零件质量的关键所在。

一、煤矿机械零部件加工工艺的要求与原则

（一）煤矿机械零部件加工工艺要求

在煤矿机械零部件加工过程中，必须始终坚持“两高一低”原则，即高质量、高品质和低成本原则。应当在确保加工质量的前提下，尽可能地降低生产成本，进而增强煤矿产业的经济效益。而最应遵循的要求主要包括以下三点：其一，应当基于技术前提。煤矿生产的前提条件就是优质的加工技术。虽然当下煤矿行业已经得以一定程度的发展，然而煤矿生产的整体技术水平依然较为落后，因此，有关部门理当以增强煤矿机械零部件加工技术为首要目标。其二，引进先进设备。先进的设备是煤矿机械零部件生产加工过程中最为关键的条件之一。所以，广大同仁应当不断拓宽视野，积极引进西方发达国家的先进设备，助推我国煤矿行业的不断发展。其三，树立优良的机械加工理念。在煤矿机械零部件加工的过程之中，应当积极倡导加工机械化和自动化的实行，引导有关人员树立优良的加工理念，不断学习先进技术，给煤矿机械零部件加工事业写下合理有效的生动注脚。

（二）煤矿机械零部件加工工艺原则

煤矿企业的生产效率和煤矿机械零部件的加工工艺有着直接联系。在整个的加工过程当中，许多因素都关系到煤矿的安全生产，甚至还将直接决定着煤矿的整体生产效率。鉴于此，相关人员在进行煤矿机械零件设计的过程中，一方面必须对其大小、规格以及质量认真仔细地检查。而另外一方面，必须以相关加工工艺规范为前提，积极有效地改进煤矿机械零部件加工水平，以确保其加工精度，进而有效增强煤矿机械零部件的整体利用率。在实际的煤矿机械零部件之加工期间，对相关加工工艺的要求是非常严苛的。其中主要包括以下三点：其一，确立目标。通常情况下，煤矿机械零部件的加工工作是基于机械设置的全局要求上的。因此，只有当所加工的零部件完全满足煤矿机械的要求后，煤矿的生产效率才能得以有效保障。其二，保证质量。在进行加工环节之前，相关人员应当严把原材料质量这道关，其中包括原材料的耐热性以及质地等。煤矿机械零部件加工的首要先决条件就是要保证原材料的质量。其三，确保毛坯质量。零件毛坯的质量在煤矿机械零部件的加工中尤为关键，选择合适的零件毛坯可以有效推动煤矿产业的健康发展。

二、导致煤矿机械零部件加工出现误差的原由

（一）工艺系统因受力导致变形

实际上，煤矿机械零部件在加工期间所产生的误差主要是指零件加工工艺系统因受力变形以后所产生的误差。因为工艺系统的刚度值是由工件的刚度、机床刚度以及刀具刚度而决定的，若想更好地研究分析工艺系统因为受力变形所造成的误差，相关人员就应当逐步分析研究工艺系统之中的每个环节的刚度。其一，刀具刚度。一般来说，外圆车刀具加工法线方位时所需刚度较高，不会发生比较明显的变形现象，所以可以将其忽略，但是一些镗直径比较小的内孔如果刀具上的刀杆刚度偏低的话，刀杆在受力以后会发生明显的变形，进而影响孔加工精度。其二，机床刚度。机械零件加工工序之中，机床整体具有复杂性，其是由众多大小不一的零部件所组成的，机床的具体刚度当前是通过实际实验的形式来获取的。其具体数值主要受到摩擦力作用的影响、接触面变形的影响、各部件间的缝隙影响以及低刚度构件的影响。其三，工件刚度。所需加工的煤矿机械零部件工件刚度一般情况下是比刀具与夹具的低，在实际的切削过程当中，工件刚度过低的话容易产生形变，进而产生误差。

（二）机床制造误差

在加工煤矿机械零部件的时候通常都会发生机床制造误差。其主要是指机床本身存在的误差，主要包括以下三个方面：其一，导轨误差。作为运行的基准，导轨是机床用来确定机床内部各部件间位置关系的基准，机床的制造精度和其有着直接关系。而产生导轨误差的主要原因有：制造时产生的误差、安转配置时产生的误差以及长期磨损时产生的误差。其二，主轴回转误差。即主轴的实际回转轴线和计划回转轴线间的偏差，其是机床动态性能评价的一项重要指标，另外也是导致加工误差形成的重要因素。而导致机场出现主轴回传误差的因素有很多，其中最为常见的就是轴承间的同轴度误差、轴承误差、主轴绕度差以及装置几何误差。其三，传动链误差。即机床内部的传动链始末处的相关传动元件在进行相对运动期间所产生的误差。造成这一误差的主要原因是因为机床传动链在前期装配的过程当中会出现装配误差，此外，机床传动链在经过长期使用后，会因为磨损而产生误差现象。

（三）定位不准确的原因

这一误差主要是指在固定工件的过程中，因为定位的不准确而产生的加工误差。主要可分为定位副加工不正确和基准不重合这两种误差现象。其中，定位副加工误差主要是指定位副在加工的过程中存在的加工误差以及各定位副间所存在的缝隙而致使工件最大位置发生的变动值。这一误差一般只会在实际的使用调整期间才会发生，并不会在正式的试切法加工时产生。而基准不重叠误差主要是指定位基准和设计基准间情况不一致时而形成的定位误差，即设计基准中的相对定位基准于加工尺寸方面的最大变动值。

（四）刀具几何误差

导致煤矿机械零部件在加工期间产生误差的重要原因之一就是刀具存在着几何误差。即使煤矿机械零部件在加工期间所使用的刀具一般都拥有优良的耐磨性能，然而在经过长时间的加工作业之后，刀具无可避免的会受到一定程度的磨损，这也是导致刀具产生几何误差的直接原因，这些磨损会致使工件形状及规格发生不同情况的变形。而导致刀具产生几何误差的主要因素有：刀具本身的材质、大小以及刀具在进行切削时所使用方法等等。除此之外，在加工煤矿机械零部件的过程之中，零部件所需精度值的高低也会导致刀具产生几何误差。而在加工刚性不足的一些煤矿机械零部件的过程之中，刀具在切削过程中也很容易致使工件局部发生变形，进而导致出现较大的加工误差，而且，随着刀具加工期间切削力度的变化，也会进一步导致零部件误差的增大。

三、控制煤矿机械零部件产生加工误差的有效途径

（一）进一步完善煤矿机械加工工艺管理机制

完善煤矿企业内部机械加工工艺管理机制是有效增强煤矿机械加工效率及精度的关键所在。煤矿企业应当结合自身实际的机械加工水平以及真实的经营现状，积极引进先进的加工设备，同时，认真仔细地做好不同零部件加工细节的记录和总结工作，把先进技术和自身经验进行有机结合，优化改进相关加工工艺流程，以逐步形成更具完善性及科学性的煤矿机械加工工艺管理机制。煤矿机械加工企业还需要加大对加工工艺流程的相关监管力度。在开展加工活动之前，要先全方位严格的检查相关加工设施设备，保证设施设备中的相关零部件的状态，确保设施设备能够正常运作。有关管理者还应当重视对相关工作人员的管理及监督工作，保证在实际的加工过程当中，加工人员可以严格按照相关操作规范进行加工工作，有效保障加工精度及整体加工质量。

（二）合理运用煤矿机械加工数控机床

随着信息时代的来临，我国的机械加工行业亦应当与时俱进，科学合理地使用现代化信息技术。作为信息技术发展及应用的基础所在，数控机床更是当下机械加工行业之中的现代化加工器械之一，现如今，机械加工行业应当明确数字化及信息化的发展方向及趋势，采用数控机床能够有效实现提升加工精度这一目标，还能将其纳入信息化数控机床的典型应用案例之中，随后还可采用一系列的配套加工工艺，以有效增强加工效率。

（三）降低原始误差的出现

作为最直接有效的控制加工煤矿机械零部件出现误差的举措，减少原始误差这一做法主要是针对一些比较突出且能够由操作人员直观可见并予以分析的误差成因的相关误差源，发现误差之后及时采取相应措施予以改进优化。提升加工夹具及机床的几何精度，合理控制好工艺系统应受热受力所产生的形变，严格控制好刀具磨损和内应力所产生的形变都是减少原始误差的最直接的举措。在分析煤矿机械零部件加工误差的过程当中，应着重分析误差的类型及成因，进而采取相对应的解决措施，举例而言，在加工精密度比较高的零部件时，应当适量增强所用夹具、刀具以及机床等的刚度与几何精度。而在加工一些具备成形表面的零部件时，为了能够有效降低加工表面误差，应当降低刀具的装配误差以及几何误差，加强安装技术水平，注重刀具形状的选择。

（四）将温度变化于加工精度所产生影响降低

在实际的机械零部件加工过程当中，温度的控制非常关键，温度过高或是过低都会严重影响到零部件的加工精度，所以，这就需要煤矿加工企业合理控制温度。通过严把温度控制这道关，以加强温度测量的精确度，进而确保机械零部件加工过程当中零部件对于温度的相关要求。除此之外，相关企业还能够通过转变温度高低的方式来控制煤矿机械零部件加工的速度，同时，制定详细的加工操作守则以及科学合理的温度调节方案，来提升机械零部件加工精度，进而最大程度达成对温度的合理有效控制，保障煤矿企业机械零部件加工工作的稳定、有序、高效运作。

（五）合理设计机械零件加工精度

在进行机械零件精度的设计期间，不仅要对配合种类的选择、基准值的选择以及尺寸公差等级等进行设计，还需要将表面粗糙度、几何公差与零件尺寸之间的关系处理好，以确保零件的互换性，保障零件的具体装配要求，这三者之间的关系相互联系且相互制约，因此需要将它们之间的关系进行合理处理，此外，关于零件精度的设计还要进行零件检验方案的思考，若不考虑检验问题，将零件精度设计凌驾于检验条件之上，对整体设计毫无用处。

（六）减小热变形问题所带来的影响

通常情况下，热变形现象是由高温引起的，在加工过程当中，零件金属表面易发生氧化反应，进而影响到零件金属表皮质量和精度水平。热挤压、热末模煅、自由锻以及热轧全部都是热变形加工，此种加工工序之中，相关部门应当充分利用隔热手段，促使热变形现象有效降低，让温度场趋于平衡[4]。举例而言：生产部门可以通过增强零件成型质量以及采取少无切削之加工技术、优化几何形状来防止阻力的产生，还可通过将粗精加工分开进行来强化零件精度，进一步推动企业稳定发展。

（七）采用现代实时误差控制技术

所谓误差补偿就是人为地制造出一种新的误差，通过移动机床的运动副使刀具和工件在机床空间误差的逆方向上产生相对运动，以此抵消原来工艺系统中固有的原始误差，达到减少加工误差，提高零件加工精度的目的。这个新的误差即为补偿值，补偿值的获取主要有两种方式：通过模型仿真预测或在线检测侧。模型仿真包括数控加工中心的空间误差模型和零件切削误差模型。数控加工中心的空间误差模型是指在加工空间里刀具相对工件的总误差与加工中心各组件运动误差随刀具位置的函数，把数控加工中心的切消削运动看作空间两组刚体的运动，应用刚体运动学理论和齐次坐标变换技术建立多轴数控加工中心空间误差的通用模型，把功加工中心刀具相对工件的终端误差表示为各个误差源和刀具位置的函数。零件切消削误差模型是通过切削试验结合软件建模分析实现的。首先通过多组切削试验建立某种金属的切消削力模型，再通过向仿真模型添加初始应力场、对节点施加切削力、控制走刀路径对切削过程进行仿真分析，预测零件的误差变形。现代数控机床当中，一般是通过机床内置的软件对零件加工整个过程当中的所有环节内的参数数据进行捕捉与分析，进而能够更好的实现实时误差控制。这一技术的具体操作就是采集零件加工中每个环节产生的误差数据，然后按照误差大小以及方向通过补偿装置搭建一个和该误差大小一致、方向相反的误差值来达到误差之实时补偿机制。由此可知，误差实时补偿机制的精度与补偿装置的性能有直接关系。总而言之，在现代数控机床中应用实时误差控制技术能够有效提升工作效率，也是大势所趋。

（八）加强相关人才的引进及培养

煤矿机械加工企业若想快速提升其机械加工的效率及精度，则必须重视相关人才的引进及培养工作。一方面，需要加大专业技术人才的引进力度，大力开展社会招聘及校园招聘活动，择优选择专业技能及综合素质过硬的优秀人才加入进行业中来，给煤矿机械零部件制造行业注入进更多新鲜的血液。而另一方面，应当加强对于企业内部相关操作人员的技能培训力度，积极组织员工进行专业知识学习，另外，聘请具备精湛专业技能以及丰富工作经验的前辈老师来对相关员工开展针对性的技术培训活动，以有效强化企业内部相关操作人员的整体综合能力。

结语：由上文内容可知，随着全球煤矿机械零件加工技术水平的不断进步，国内的相关技术加工水平也得以显著提升。技术作为煤矿效益的关键前提，即使现在煤矿行业的发展比较迅速，但是煤矿行业的机械零部件加工水平发展还比较缓慢。所以，相关人员应当不断学习先进技术以及进入先进设备，重视机械加工水平的提升，增强科技创新能力，推动煤矿机械制造行业的稳步发展，全面提升煤矿行业的经济效益，提高生产质量。