初探煤礦機械零件加工誤差及控制措施

◎趙海軍

引言：

煤礦機械零件在加工過程中極易受到多方不利影響而導致誤差形成，如此不僅會降低零件的整體加工質量，更會對零件的性能造成不利影響。因此，為了保證煤礦機械設備可以正常、穩定、高效運行，就必須要確保機械零件的質量，零件的精度不但是零件本身是否與相關生產標準和要求相符的重要依據，還是機械零件加工的最基本之要求。鑒于此，相關人員需要全方位分析導致機械零件產生誤差的原因，及時采取有效解決措施，以確保零件的質量，另外還應不斷改進煤礦機械零件加工工藝，提升零件加工精度，進一步推動我國煤礦機械零件加工水平的可持續發展。

作為最基礎的機械加工工藝，機械零部件加工是通過合理的加工工藝和加工技術對所加工對象的形狀、尺寸、效果等等予以改變，使產品可以達到相關工藝標準。除此之外，在機械零件加工期間，由于加工機械產熱以及力度作用，會致使工藝系統遭受一定程度的影響，進而導致零件加工精度難以達標，因此，應當及時對相關問題予以處理，以筑牢加工精度的堅實基礎。近些年來，國內的煤礦企業對行業內部機械設備需求量以及相關要求愈來愈高。因為煤礦機械加工的工作環境比較惡劣，這就要求其不僅需要具備過硬的質量以及專業的性能，還應當具備較高的可靠性。然而在煤礦機械零部件加工的過程之中，誤差是無可避免的，其對零部件的質量和性能造成不利影響，進而對設備的可靠性也有一定的影響，所以，找出誤差的成因并及時采取有效的措施是相關工作人員保證零件質量的關鍵所在。

一、煤礦機械零部件加工工藝的要求與原則

（一）煤礦機械零部件加工工藝要求

在煤礦機械零部件加工過程中，必須始終堅持“兩高一低”原則，即高質量、高品質和低成本原則。應當在確保加工質量的前提下，盡可能地降低生產成本，進而增強煤礦產業的經濟效益。而最應遵循的要求主要包括以下三點：其一，應當基于技術前提。煤礦生產的前提條件就是優質的加工技術。雖然當下煤礦行業已經得以一定程度的發展，然而煤礦生產的整體技術水平依然較為落后，因此，有關部門理當以增強煤礦機械零部件加工技術為首要目標。其二，引進先進設備。先進的設備是煤礦機械零部件生產加工過程中最為關鍵的條件之一。所以，廣大同仁應當不斷拓寬視野，積極引進西方發達國家的先進設備，助推我國煤礦行業的不斷發展。其三，樹立優良的機械加工理念。在煤礦機械零部件加工的過程之中，應當積極倡導加工機械化和自動化的實行，引導有關人員樹立優良的加工理念，不斷學習先進技術，給煤礦機械零部件加工事業寫下合理有效的生動注腳。

（二）煤礦機械零部件加工工藝原則

煤礦企業的生產效率和煤礦機械零部件的加工工藝有著直接聯系。在整個的加工過程當中，許多因素都關系到煤礦的安全生產，甚至還將直接決定著煤礦的整體生產效率。鑒于此，相關人員在進行煤礦機械零件設計的過程中，一方面必須對其大小、規格以及質量認真仔細地檢查。而另外一方面，必須以相關加工工藝規范為前提，積極有效地改進煤礦機械零部件加工水平，以確保其加工精度，進而有效增強煤礦機械零部件的整體利用率。在實際的煤礦機械零部件之加工期間，對相關加工工藝的要求是非常嚴苛的。其中主要包括以下三點：其一，確立目標。通常情況下，煤礦機械零部件的加工工作是基于機械設置的全局要求上的。因此，只有當所加工的零部件完全滿足煤礦機械的要求后，煤礦的生產效率才能得以有效保障。其二，保證質量。在進行加工環節之前，相關人員應當嚴把原材料質量這道關，其中包括原材料的耐熱性以及質地等。煤礦機械零部件加工的首要先決條件就是要保證原材料的質量。其三，確保毛坯質量。零件毛坯的質量在煤礦機械零部件的加工中尤為關鍵，選擇合適的零件毛坯可以有效推動煤礦產業的健康發展。

二、導致煤礦機械零部件加工出現誤差的原由

（一）工藝系統因受力導致變形

實際上，煤礦機械零部件在加工期間所產生的誤差主要是指零件加工工藝系統因受力變形以后所產生的誤差。因為工藝系統的剛度值是由工件的剛度、機床剛度以及刀具剛度而決定的，若想更好地研究分析工藝系統因為受力變形所造成的誤差，相關人員就應當逐步分析研究工藝系統之中的每個環節的剛度。其一，刀具剛度。一般來說，外圓車刀具加工法線方位時所需剛度較高，不會發生比較明顯的變形現象，所以可以將其忽略，但是一些鏜直徑比較小的內孔如果刀具上的刀桿剛度偏低的話，刀桿在受力以后會發生明顯的變形，進而影響孔加工精度。其二，機床剛度。機械零件加工工序之中，機床整體具有復雜性，其是由眾多大小不一的零部件所組成的，機床的具體剛度當前是通過實際實驗的形式來獲取的。其具體數值主要受到摩擦力作用的影響、接觸面變形的影響、各部件間的縫隙影響以及低剛度構件的影響。其三，工件剛度。所需加工的煤礦機械零部件工件剛度一般情況下是比刀具與夾具的低，在實際的切削過程當中，工件剛度過低的話容易產生形變，進而產生誤差。

（二）機床制造誤差

在加工煤礦機械零部件的時候通常都會發生機床制造誤差。其主要是指機床本身存在的誤差，主要包括以下三個方面：其一，導軌誤差。作為運行的基準，導軌是機床用來確定機床內部各部件間位置關系的基準，機床的制造精度和其有著直接關系。而產生導軌誤差的主要原因有：制造時產生的誤差、安轉配置時產生的誤差以及長期磨損時產生的誤差。其二，主軸回轉誤差。即主軸的實際回轉軸線和計劃回轉軸線間的偏差，其是機床動態性能評價的一項重要指標，另外也是導致加工誤差形成的重要因素。而導致機場出現主軸回傳誤差的因素有很多，其中最為常見的就是軸承間的同軸度誤差、軸承誤差、主軸繞度差以及裝置幾何誤差。其三，傳動鏈誤差。即機床內部的傳動鏈始末處的相關傳動元件在進行相對運動期間所產生的誤差。造成這一誤差的主要原因是因為機床傳動鏈在前期裝配的過程當中會出現裝配誤差，此外，機床傳動鏈在經過長期使用后，會因為磨損而產生誤差現象。

（三）定位不準確的原因

這一誤差主要是指在固定工件的過程中，因為定位的不準確而產生的加工誤差。主要可分為定位副加工不正確和基準不重合這兩種誤差現象。其中，定位副加工誤差主要是指定位副在加工的過程中存在的加工誤差以及各定位副間所存在的縫隙而致使工件最大位置發生的變動值。這一誤差一般只會在實際的使用調整期間才會發生，并不會在正式的試切法加工時產生。而基準不重疊誤差主要是指定位基準和設計基準間情況不一致時而形成的定位誤差，即設計基準中的相對定位基準于加工尺寸方面的最大變動值。

（四）刀具幾何誤差

導致煤礦機械零部件在加工期間產生誤差的重要原因之一就是刀具存在著幾何誤差。即使煤礦機械零部件在加工期間所使用的刀具一般都擁有優良的耐磨性能，然而在經過長時間的加工作業之后，刀具無可避免的會受到一定程度的磨損，這也是導致刀具產生幾何誤差的直接原因，這些磨損會致使工件形狀及規格發生不同情況的變形。而導致刀具產生幾何誤差的主要因素有：刀具本身的材質、大小以及刀具在進行切削時所使用方法等等。除此之外，在加工煤礦機械零部件的過程之中，零部件所需精度值的高低也會導致刀具產生幾何誤差。而在加工剛性不足的一些煤礦機械零部件的過程之中，刀具在切削過程中也很容易致使工件局部發生變形，進而導致出現較大的加工誤差，而且，隨著刀具加工期間切削力度的變化，也會進一步導致零部件誤差的增大。

三、控制煤礦機械零部件產生加工誤差的有效途徑

（一）進一步完善煤礦機械加工工藝管理機制

完善煤礦企業內部機械加工工藝管理機制是有效增強煤礦機械加工效率及精度的關鍵所在。煤礦企業應當結合自身實際的機械加工水平以及真實的經營現狀，積極引進先進的加工設備，同時，認真仔細地做好不同零部件加工細節的記錄和總結工作，把先進技術和自身經驗進行有機結合，優化改進相關加工工藝流程，以逐步形成更具完善性及科學性的煤礦機械加工工藝管理機制。煤礦機械加工企業還需要加大對加工工藝流程的相關監管力度。在開展加工活動之前，要先全方位嚴格的檢查相關加工設施設備，保證設施設備中的相關零部件的狀態，確保設施設備能夠正常運作。有關管理者還應當重視對相關工作人員的管理及監督工作，保證在實際的加工過程當中，加工人員可以嚴格按照相關操作規范進行加工工作，有效保障加工精度及整體加工質量。

（二）合理運用煤礦機械加工數控機床

隨著信息時代的來臨，我國的機械加工行業亦應當與時俱進，科學合理地使用現代化信息技術。作為信息技術發展及應用的基礎所在，數控機床更是當下機械加工行業之中的現代化加工器械之一，現如今，機械加工行業應當明確數字化及信息化的發展方向及趨勢，采用數控機床能夠有效實現提升加工精度這一目標，還能將其納入信息化數控機床的典型應用案例之中，隨后還可采用一系列的配套加工工藝，以有效增強加工效率。

（三）降低原始誤差的出現

作為最直接有效的控制加工煤礦機械零部件出現誤差的舉措，減少原始誤差這一做法主要是針對一些比較突出且能夠由操作人員直觀可見并予以分析的誤差成因的相關誤差源，發現誤差之后及時采取相應措施予以改進優化。提升加工夾具及機床的幾何精度，合理控制好工藝系統應受熱受力所產生的形變，嚴格控制好刀具磨損和內應力所產生的形變都是減少原始誤差的最直接的舉措。在分析煤礦機械零部件加工誤差的過程當中，應著重分析誤差的類型及成因，進而采取相對應的解決措施，舉例而言，在加工精密度比較高的零部件時，應當適量增強所用夾具、刀具以及機床等的剛度與幾何精度。而在加工一些具備成形表面的零部件時，為了能夠有效降低加工表面誤差，應當降低刀具的裝配誤差以及幾何誤差，加強安裝技術水平，注重刀具形狀的選擇。

（四）將溫度變化于加工精度所產生影響降低

在實際的機械零部件加工過程當中，溫度的控制非常關鍵，溫度過高或是過低都會嚴重影響到零部件的加工精度，所以，這就需要煤礦加工企業合理控制溫度。通過嚴把溫度控制這道關，以加強溫度測量的精確度，進而確保機械零部件加工過程當中零部件對于溫度的相關要求。除此之外，相關企業還能夠通過轉變溫度高低的方式來控制煤礦機械零部件加工的速度，同時，制定詳細的加工操作守則以及科學合理的溫度調節方案，來提升機械零部件加工精度，進而最大程度達成對溫度的合理有效控制，保障煤礦企業機械零部件加工工作的穩定、有序、高效運作。

（五）合理設計機械零件加工精度

在進行機械零件精度的設計期間，不僅要對配合種類的選擇、基準值的選擇以及尺寸公差等級等進行設計，還需要將表面粗糙度、幾何公差與零件尺寸之間的關系處理好，以確保零件的互換性，保障零件的具體裝配要求，這三者之間的關系相互聯系且相互制約，因此需要將它們之間的關系進行合理處理，此外，關于零件精度的設計還要進行零件檢驗方案的思考，若不考慮檢驗問題，將零件精度設計凌駕于檢驗條件之上，對整體設計毫無用處。

（六）減小熱變形問題所帶來的影響

通常情況下，熱變形現象是由高溫引起的，在加工過程當中，零件金屬表面易發生氧化反應，進而影響到零件金屬表皮質量和精度水平。熱擠壓、熱末模煅、自由鍛以及熱軋全部都是熱變形加工，此種加工工序之中，相關部門應當充分利用隔熱手段，促使熱變形現象有效降低，讓溫度場趨于平衡[4]。舉例而言：生產部門可以通過增強零件成型質量以及采取少無切削之加工技術、優化幾何形狀來防止阻力的產生，還可通過將粗精加工分開進行來強化零件精度，進一步推動企業穩定發展。

（七）采用現代實時誤差控制技術

所謂誤差補償就是人為地制造出一種新的誤差，通過移動機床的運動副使刀具和工件在機床空間誤差的逆方向上產生相對運動，以此抵消原來工藝系統中固有的原始誤差，達到減少加工誤差，提高零件加工精度的目的。這個新的誤差即為補償值，補償值的獲取主要有兩種方式：通過模型仿真預測或在線檢測側。模型仿真包括數控加工中心的空間誤差模型和零件切削誤差模型。數控加工中心的空間誤差模型是指在加工空間里刀具相對工件的總誤差與加工中心各組件運動誤差隨刀具位置的函數，把數控加工中心的切消削運動看作空間兩組剛體的運動，應用剛體運動學理論和齊次坐標變換技術建立多軸數控加工中心空間誤差的通用模型，把功加工中心刀具相對工件的終端誤差表示為各個誤差源和刀具位置的函數。零件切消削誤差模型是通過切削試驗結合軟件建模分析實現的。首先通過多組切削試驗建立某種金屬的切消削力模型，再通過向仿真模型添加初始應力場、對節點施加切削力、控制走刀路徑對切削過程進行仿真分析，預測零件的誤差變形。現代數控機床當中，一般是通過機床內置的軟件對零件加工整個過程當中的所有環節內的參數數據進行捕捉與分析，進而能夠更好的實現實時誤差控制。這一技術的具體操作就是采集零件加工中每個環節產生的誤差數據，然后按照誤差大小以及方向通過補償裝置搭建一個和該誤差大小一致、方向相反的誤差值來達到誤差之實時補償機制。由此可知，誤差實時補償機制的精度與補償裝置的性能有直接關系。總而言之，在現代數控機床中應用實時誤差控制技術能夠有效提升工作效率，也是大勢所趨。

（八）加強相關人才的引進及培養

煤礦機械加工企業若想快速提升其機械加工的效率及精度，則必須重視相關人才的引進及培養工作。一方面，需要加大專業技術人才的引進力度，大力開展社會招聘及校園招聘活動，擇優選擇專業技能及綜合素質過硬的優秀人才加入進行業中來，給煤礦機械零部件制造行業注入進更多新鮮的血液。而另一方面，應當加強對于企業內部相關操作人員的技能培訓力度，積極組織員工進行專業知識學習，另外，聘請具備精湛專業技能以及豐富工作經驗的前輩老師來對相關員工開展針對性的技術培訓活動，以有效強化企業內部相關操作人員的整體綜合能力。

結語：由上文內容可知，隨著全球煤礦機械零件加工技術水平的不斷進步，國內的相關技術加工水平也得以顯著提升。技術作為煤礦效益的關鍵前提，即使現在煤礦行業的發展比較迅速，但是煤礦行業的機械零部件加工水平發展還比較緩慢。所以，相關人員應當不斷學習先進技術以及進入先進設備，重視機械加工水平的提升，增強科技創新能力，推動煤礦機械制造行業的穩步發展，全面提升煤礦行業的經濟效益，提高生產質量。