MDH80加工中心故障原因分析方法
故障原因分析方法
3.2.1故障树分析法
故障树分析法又叫fta分析法，是一种分析故障原因的方法。fta是fault tree analysis的缩写。fta与fmeca两者之间有很多异同点。fmeca是自下而上的逻辑 归纳法，而fta是自上而下的逻辑演绎法[41]。fmeca从故障模式中分析出故障后果， 而fta从故障后果分析出故障原因。fmeca通常针对的是单个故障分别分析，而fta 则更加系统。在做完fmeca后再完成fta就可以比较完善地分析加工中心各个子系 统的故障。fta首先是由美国贝尔实验室在1962年提出的，目前它己经应用到许多工 程领域中了。
故障树分析法的作用：
(1)fta能够帮助加工中心的使用人员更清晰的了解各个部件之间的[42]。
(2)利用fta可以帮助查清每个微小故障对系统的影响，了解故障的传播途径， 避免重复性的检查。
(3)因为其直观性，fta可以被认为是一种维修指导方案，可以节省大量的培训时 间和费用。
(4)fta可以在全寿命周期中任何阶段都使用，它可以帮助设计人员对系统有更深 入的认识，在设计阶段就发现问题，从而提高加工中心的可靠性。
(5)fta也可以用来定量分析以确定顶层事件的发生概率等可靠性参数，为改善系 统可靠性提供了定量的数据。
(6)fta具有很大的灵活性，利用fta不仅仅可以分析出机械电子等故障原因造 成的影响，还可以看出哪些地方会发生由人为和环境因素造成的故障，能够帮助车间管 理人员制定管理方案。
(7)用fmeca分析故障原因的局限是它是一种单因素定性分析法，而fta可以 对各个故障事件的多因素组合和多层次逻辑关系进行分析。
3.2.2故障树建图规则
故障树的建立基础是对加工中心的设计结构、故障模式、故障现象有了全面的了解。 同时要与加工中心的维修人员探讨故障原因，不可以凭空想象。
fta是一种图形演绎法，对特定故障现象层层深入分析。而故障树分析中重要的 一步就是建树。建树的顺序是从上而下，逐层建树，不可跳级，故障树之间各种事件的逻辑关系必须严密合理。故障树里包含的内容主要是事件和逻辑门，下面对本次建树时 用的所有故障树事件和逻辑门做说明：
(1)顶事件：是逻辑门输出事件，这里表示某子系统发生了故障。
(2)中间事件：既是逻辑门输入也是输出，这里表示既可以分析产生该事件的原因， 也可以得出它引发的结果。
(3)底事件：只能是逻辑门输入，这里表示无需再分析其产生原因，或者它本身就 是故障基本的原因。
(4)未探明事件：表示无法分析其原因或不需要进一步分析原因的事件。
(5)逻辑或门：表示输入事件至少发生一个时，输出事件才发生。
在建立故障树时，这些事件和逻辑门需要用符号来表示。表3.3列出了表示这些事 件和逻辑门的符号。
本文规定各个子系统的顶事件都是该子系统发生了故障，不能正常工作。这些顶事 件都用代号表示，每个子系统对应的代号显示在表3.4中。
表3. 4子系统代号
tab. 3.4 code of subsystems
代号
子系统
代号
子系统
w
工件传输系统
p
机床防护及基础件
c
控制电气系统
h
液压气动系统.
j
夹具系统
s
主轴系统
t
刀具系统
r
冷却排屑及除尘除雾系统
f
进给系统
l
集中润滑系统
将第一层中间事件的代号设置为ya01、ya02等。y即子系统的代号，a代表第 —层中间事件，比如工件传输系统的第一层中间事件为wa01、wa02等。以此类推， 第二层中间事件代号为yb01等，第三层中间事件代号为yc01等，直到达到了底事件。 每一个底事件代号设置为yx01等，每一个未探明事件代号设置为yw01等。每个事件 的代号只是为了方便画出故障树图形，每一个事件代号所代表的意义都需要写清楚，所 有故障事件都必须严格定义。每一个故障树之中的都包含很多的故障现象，有一些故障 现象的原因是相同的，这被称为共因事件。对于故障树中的共因事件应该采用同一个事 件符号。
一个完整的故障树很复杂，在建树时要尽量避免出现疏漏。建立故障树模型之前要 做好故障模式分析，只有确定了所有的故障模式，才能不遗漏中间事件和底事件。因此 在建立故障树时，需要参考各个子系统的fmeca故障模式分析表[43]，即本章的表3.2。 在此基础上分析出引起顶事件发生的所有中间事件作为输入，之后像分析顶事件一样再 逐层分析直到不能分解，每一层的分析都要*结束后再分析下一层以避免遗漏。因此, 可以总结出故障树的建树流程，如图3.3所示。
3.3各子系统故障原因分析及改进
本节利用故障模式分析出的结果对各个子系统做了故障树分析图，并利用故障树来 分析mdh80加工中心各个子系统的故障原因，同时针对故障以及一些安全隐患提出了 改进措施。
3.3.1工件传输系统故障原因分析及改进措施
图3.4是工件传输系统的故障树图，表3.5列出了工件传输系统中各个事件所代表的意义。
表3. 5工件传输系统故障树各事件的意义
tab. 3.5 meanings of all codes in fault tree of work-piece transmission subsystem
代号
意义
代号
意义
w
工件传输系统故障
wa01
机械手故障
wa02
滚道不动
wb01
机械手受到撞击
wb02
机械手移位超程
wb03
机械手抓错料
wb04
机械手不动作
wb05
*
wb06
机械手失调
wb07
机械手误报警
wb08
感应失效
wc01
机械手撞滚道
wc02
机械手撞工件
wx01
滚道安装不合理
wx02
机械手与夹具之间位置需调 整
wx03
夹具信号与机械手信号之间 程序逻辑不完善
wx04
缺少保护程序
wx05
机械手驱动器及控制单元有 故障
wx06
机械手控制程序不合理
wx07
信号丢失
wx08
信息对接故障
wx09
元器件功能丧失
wx10
与前后工序有冲突
wx11
传感器不能正常工作
从工件传输系统的故障树中可以看到，绝大多数故障是由程序不合理或信号不到位 引起的。因此对于工件传输系统的故障解决方案关键在于改善程序。因为每个桁架机械 手可能同时为两个到四个加工中心服务，如果生产正常运行，机械手不会出现程序上的 故障。但是当某台加工中心停产或突然发生故障不能工作时，机械手的控制程序就可能 不能识别这些突发情况，导致机械手不能完成正确的动作。如果某些信号开关失灵或者 损坏，机械手控制系统也没有完善的热保护程序。这就需要在程序设计阶段就研宄机械 手可能遇到的每一种突发情况，为每一种突发状况都制定相应的保护程序以避免出现重 大程序漏洞。
机械手在搬运工件过程中可能会在抓料时与工件碰撞，在放工件时与滚道碰撞，这 类碰撞故障会对机械手有较大的损坏，需要立即解决。因此要根据故障树分析出的故障 原因，完善程序，对不合理的机械结构做调整。
滚道故障是生产线上经常发生的故障，它会影响到加工中心的生产节拍。其产生原 因主要是毛坯件不规范而卡在滚道上，或者接近传感器出现故障。接近传感器的原理是 如果有金属在传感器探测头前一定距离内通过，传感器就会给控制系统发出信号，进而 控制滚道继续运行。但是因为滚道宽度比工件宽度宽很多，有时实际的安装距离未达到设计标准，就会产生许多错误信号。有时因为对接近传感器的保护不到位，经常会有铁 屑沾到接近传感器上，这样传感器也会传出错误信号。工件被放到滚道的过程中也容易 发生碰撞到传感器的现象。因此滚道的传感器上也应该加上传感器保护装置，并对不合 理的传感器装配做调整。
总之，完善程序和加强对滚道上传感器的维护和管理是改进工件传输系统可靠性的 重要措施。
3.3.2控制电气系统故障原因分析及改进措施
图3.5是控制电气系统的故障树图，表3.6列出了控制电气系统.中各个事件所代表的意义。
表3. 6控制电气系统故障树各事件的意义
tab. 3.6 meanings of all codes in fault tree of cnc subsystem
代号
意义
代号
意义
c
控制电气故障
ca01
机床不动作
ca02
cnc控制器故障
ca03
电气信号不到位
ca04
误报警
cb01
机床不能启动
cb02
机床停止运行
cx01
元器件损坏
cx02
电缆线路损坏
cx03
开关上有铁屑
cx04
开关松动
cx05
程序不完善
cx06
开关位置有偏差
cx07
元器件失灵
cx08
cnc参数错
cx09
压力继电器故障
控制电气系统相当于一台加工中心的大脑，控制电气系统出现问题会直接导致加工 中心无法完成自动化运行。控制电气系统的主要故障有机床不动作、cnc控制器故障、 电气信号不到位、元器件损坏、误报警等。控制系统的程序也需要完善，对一些微小的 程序错误要做及时的修改。如果一台mdh80加工中心出现了程序问题，就要检查其他 加工中心的程序是否也出现了同样错误。程序错误虽然不能对加工中心产生较大的损 伤，但是它会造成加工中心停止运行，如果排查故障时间过长就会影响生产节拍。信号 不到位主要是由信号开关故障引起的，对发生故障的信号开关应做调整或重新装配。在 控制电气系统中，外购元器件出现的故障比例较高，约占该子系统故障的35.3%。对此， 一方面要对外购件进行质量检测，另一方面要加强对电气元器件的维护。根据车间工人 以往的经验，如果管路、线路等装配比较混乱就容易产生相互摩擦，导致电气线路寿命 减少；而且各种电缆线路太接近，在绝缘皮老化后也容易造成比较严重的安全隐患。因 此电气线路要设计成一个比较安全、合理、使用方便的结构。针对控制电气系统维修时 遇到的困难，本文也提出了一些改进建议：将各个电子元器件都要贴上标识，标明其用 途和电气地址号，以方便排查故障；将英文的操作界面、电气标识都尽量改成中文，防 止加工中心使用人员误操作。
3.3.3夹具系统故障原因分析及改进措施
图3.6是夹具系统的故障树图，表3.7列出了夹具系统中各个事件所代表的意义。
表3. 7夹具系统故障树各事件的意义
tab. 3.7 meanings of all codes in fault tree of fixture subsystem
代号
意义
代号
意义
j
夹具系统故障
ja01
夹具松开
ja02
夹具受撞击
ja03
夹具传感器信号丢失
ja04
夹具系统误报警
ja05
气检不合格
jb01
机械手放工件同时装夹具
jx01
元器件损坏
jx02
零件损坏
jx03
压力继电器有问题
jx04
夹具程序有问题
jx05
没有夹具夹爪到位监控
jx06
安装松动
jx07
判断时间延时参数错
jx08
气检值错误
jx09
工件本身不合格
jx10
装工件时有液体
通过查看夹具系统fta图，可以发现，夹具系统发生的主要故障为夹具松开、夹 具受撞击、信号丢失、气检故障、和元器件、零部件损坏等。夹具松开主要是因为压力 继电器出问题、夹具程序有问题。当把工件放到夹具上时，如果放工件的同时也装夹具， 工件就会撞到夹具夹爪上，这对夹具的损坏会非常大，为了避免这类故障还会发生，夹 具系统应该増加夹爪到位监控系统。气检故障是夹具系统的重点问题，因为虽然气检不 合格对机床和工件不会造成重大的损坏，但会严重影响生产效率。气检就是在夹具下通 一个气管，靠气体流动的压力来判断夹具和工件之间的间隙的大小，进而判断工件是否 被准确的装在夹具上了。造成气检不合格的原因有三点：第一，气检值选择的不合理， 因为工件与夹具之间的缝隙过小，所以缝隙稍微改变就会造成很大的压力误差，随着生 产的继续进行，凭经验找到合适的气检值，这类故障就会减少，同时也可以通过在标准 件下垫垫片和气检试验块等方式检测出合适的气检值；第二，工件本身不合格，如果工 件在之前工序中的加工精度未达到要求，就会造成气检不合格；第三，工件上有水或油， 水和油会堵塞气检孔，但是这类故障主要是因为操作管理不当引起的，可以避免。夹具 系统因为直接与工件接触，所以如果机械手把工件放在夹具的过程中出现故障就会造成 有些元器件、零部件受到冲击而损伤。因为夹具系统发生过零部件、元器件损坏的故障， 因此要对这些容易损坏的部件加强管理和维护。
3.3.4刀库系统故障原因分析及改进措施
图3.7是刀库系统的故障树图，表3.8列出了刀库系统中各个事件所代表的意义。
表3. 8刀库系统故障树各事件的意义
tab. 3.8 meanings of all codes in fault tree of tool maga2dne subsystem
代号
意义
代号
意义
t
刀库系统发生故障
ta02
刀库故障
ta01
刀检故障
tb01
刀检误报警
tb02
刀检失调
tb03
刀库不换刀
tb04
刀库掉刀
tc01
传感器信号传输故障
tx01
传感器本身可靠性差
tx02
传感器安装位置错
tx03
刀检值错误
tx04
刀检程序不合理
tx05
24v电压有故障
tx06
刀库抓手不牢
tx07
刀库程序参数错
刀库系统的故障主要分为两个部分，刀库故障和刀检故障。刀库故障主要包括刀库 不能换刀和刀库掉刀，这主要是因为刀库的控制程序或电气设备出现问题、完善程序和 维护电气设备的稳定性是保护刀库的重要措施。刀库系统存在一定的安全隐患，应该添 加保护工作人员安全的装置，比如刀库门被打开时应该传出刀库停止转动信号，防止刀 库门打开时刀库链仍能旋转造成对维修人员的伤害。在加工中心运行初期，刀检故障出现的比较多。刀检的工作原理是刀尖如果在传感器的检测范围内，传感器就会传出一个 信号，但是如果没有接收到信号就说明刀具己经断了。一台加工中心至少有二十到三十 把刀，包括铣刀、钻刀、攻丝等等。因此一台加工中心的各把刀长短都会不同，甚至差 异很大。而刀检传感器并不会因为每把刀的长短不同而作位置上的调整。因此如果刀检 传感器的位置不合理就会发出错误的信号，比如刀具没断但没检测到刀具就会产生误报 警，严重的会导致检测系统程序失调而不能正常检测。因此，调整好刀检传感器的位置， 并保证传感器本身的可靠性是解决刀检故障的重点。
3.3.5进给系统故障原因分析及改进措施
图3.8是进给系统的故障树图，表3.9列出了进给系统中各个事件所代表的意义。
表3, 9进给系统故障树各事件的意义
tab. 3.9 meanings of all codes in fault tree of feeding subsystem
代号
意义
代号
意义
f
进给子系统发生故障
fa01
回转台故障
fa02
z轴移位超程
fb01
回转台损坏
pb02
回转台不动
fx01
回转台装配有问题
fx02
外购件本身可靠性差
fx03
程序内信号地址错误
fx04
位置开关安装位置错误
fx05
元器件功能丧失
fx06
传动系统本身有误差等机械 问题
fx07
驱动器及其控制单元有故障
fw01
不注意保养回转台
进给系统的故障主要集中在z轴和回转台上。z轴故障主要就是移位超程，它的表 现形式是轴实际已经超程，引起限位开关有动作而产生报警，但是它也可能是程序或信 号传输错误引起的错误报警。在排除这类故障时要对进给系统的机械传动机构和软件、 驱动器等控制机构同时检查[44]。回转台故障主要是回转台装配出现问题，或回转台不动。 回转台不动是因为回转台的信号开关位置错误或信号程序地址错误引起的回转台与控 制系统之间的信号传输出现问题。完善信号传输线路是减少回转台故障的重要措施。同 时回转台是一个外购件，在考察过程中发现有回转台损坏的现象。加工中心使用人员要 主要保养这些重要设备，同时提醒加工中心制造厂家要在购买外购件时要加强对它的性 能测试。
3.3.6机床防护及基础件系统故障原因分析及改进措施
图3.9是机床防护及基础件系统的故障树图，表3.10列出了机床防护及基础件系统 中各个事件所代表的意义。
表3.10机床防护及基础件系统故障树各事件的意义
tab. 3.10 meanings of all codes in fault tree of protection subsystem
代号
意义
代号
意义
p
机床防护及基础件发生故障
pa01
顶门开启故障
pa02
机床无法暖机
pa03
防护部件缺失
pa04
空调故障
pb01
顶门信号不到位
pb02
空调门未关
px01
气缸连接处松动
px02
门锁位置松动
px03
信号开关松动
px04
信号开关失灵
px05
门锁位置错误
px06
零部件损坏
pw01
加工装配失误
pw02
操作失误
机床防护及基础件的地位十分重要，因为如果这方面发生严重故障将会直接影响到 加工中心的寿命和使用人员的安全。机床防护方面的故障主要是顶门开启故障。造成顶 门开启故障的原因就是门锁门销、气缸连接处等部位连接不牢，也可能是信号开关松动 或失灵导致传输不到信号。因为误操作造成的故障也出现在该系统中，管理者应该加强 管理。加工中心的很多关键部件都被包裹在加工中心的防护系统之中，而这些部件也是 检查和维修的重点部位，因此为了方便拆装和维修这些内部设备，应该在一些关键的地 方添加维修门。
3.3. 7液压气动系统故障原因分析及改进措施
液压气动系统的主要故障有：油泵压力失调、接头松动、零部件或元器件损坏、气 压信号不到位。该系统的故障有57%是装配责任，剩下43%是因为外购件出了问题。因 此对于液压气动系统要加强装配时的管理，和对管道的维护。每个管路上都应该加上明 显的标牌，每个与液压和气压有关的元器件都应该添加压力标识，以方便维修和管理。
3.3.8主轴系统故障原因分析及改进措施
图3.10是主轴系统的故障树图，表3.11列出了主轴系统中各个事件所代表的意义。
表3.11主轴系统故障树各事件的意义
tab. 3. u . meanings of all codes in fault tree of spindle subsystem
s
主轴系统有问题
sa01
主轴内冷线路断
sa02
加工的产品精度有问题
sb01
机床水平有走动
sb02
刀具切削方案不完善
sx01
程序出错
sx02
装刀不牢
sx03
主轴本身有振动
sx04
夹具定位不准，导致与主轴 相对位置不正确
sx05
地脚螺栓松动
sx06
刀具本身结构有问题
sx07
较长的刀具在切削时刀尖头 部晃动过大
sx08
切削参数和走刀路线不合适
sx09
运输时有划伤
主轴系统是影响加工中心加工精度的重要结构。影响加工精度的原因有很多，本 文通过故障树分析法将所有影响工件加工精度的原因都归于主轴系统以便于维修人员 制定故障排查方案。图3.10和表3.11中列出了影响mdh80加工中心精度的可能原因。 维修人员要对其一一排查。主轴系统内部要定期做振动检测。对于容易出问题的刀具要 重新制定切削方案。同时还要排查所有与精度有关的非主轴系统故障因素。在工件运输 时要避免出现磕碰划伤等问题。
3.3.9冷却排屑除尘除雾系统故障原因分析及改进措施
图3.11是工件传输系统的故障树图，表3.12列出了工件传输系统中各个事件所代
表的意义。
表3.12冷却排屑除尘除雾系统故障树各事件的意义
tab. 3.12 meanings of all codes in fault tree of cooling and chip removal subsystem
代号
意义
代号
意义
r
冷却排屑除尘除雾系统故障
ra01
过滤器滤芯堵塞
ra02
冷却压力失调
ra03
积攒铁屑
rb01
冲屑装置设计不合理
rx01
液体接头松动
rx02
反冲器冲力不够
rx03
未能及时清理
rx04
冲屑流量设置不合理
rx05
冲屑角度选择不合理
rw01
误操作
冷却排屑除尘除雾系统的故障总数虽然不多，但是故障模式种类却很多，虽然都不 是很严重的故障，但是却暴露了加工中心制造和管理上的一些问题。比如过滤器的定期 清理没做到位或反冲器冲力不够，导致了过滤器的滤芯堵塞。连接件松动表明在装配后 未检查仔细。
因为加工中心的设计不合理，导致有的地方积攒了铁屑。在同一条生产线上不仅有 本次研宄用的国产加工中心还有一些国产专机和进口的加工中心。其中进口加工中心对一些关键传感器做了保护，防止冲洗铁屑时溅到这些元器件上而产生错误信号。而国产 加工中心和专机在这方面做得不好，特别是国产专机。国产专机在冲屑时由于冲屑流量 不合理或冲洗角度的不合理会导致液体在射到防护板后反射到防护板外面，造成机床漏 水，而且铁屑也可能被冲到一些狭小的缝隙中或元器件上，还需要人工清理。mdh80 加工中心设计人员可以学习进口加工中心对细节的处理，吸取国产专机设计上失误的教 训，以提高在细节方面的设计水平。
为了防止上排系统出现故障隐患，维修人员在维修后要及时清理切削液中的杂物， 比如断刀、维修时用的手套等，以防止这些杂物被吸入上排系统，导致上排系统堵塞。
3.3.10集中润滑系统故障原因分析及改进措施
集中润滑系统的故障较少，主要就是润滑油压力不足。而且该系统所需的维修时间 很短，只要及时检查润滑油泵就能排除。
3.3.11故障原因总结
通过上述对各个子系统的故障原因分析可以看出，大部分故障是由于设计不合理或 装配不合格引起的，符合加工中心处于早期失效期的特点。对于结构和程序设计不合理 之处，设计人员应该尽快提出改进方案。对于一些容易出现问题的元器件要重新检查其 性能和装配是否牢靠。对于容易出现误操作的地方要加强监督和管理。大部分系统中都 有一些故障隐患，虽然暂时没有出现故障，但也要在早期失效期内将这些隐患都解除。 维修人员要根据故障树分析法分析出的故障原因，事先制定好故障排查方案，以减少故 障维修时间，提高加工中心生产效率。
因此利用故障树来分析mdh80加工中心的故障原因，对于加快加工中心渡过早期 失效期和优化维修管理策略具有很大的作用。
3.4本章小结
本章利用fmeca法，总结了发生在mdh80加工中心上的所有的故障模式，并将 这些故障模式分为了六类。其中功能型和状态型故障模式所占的比例都超过了 30%，应 该加强注意。对各类故障模式可能造成的影响进行了分析。介绍了 fmeca中的cas 量分析法，并计算出了每个故障模式和各子系统对加工中心的危害度。列出了需要重点 解决的13个故障模式。通过比较各子系统的故障危害度和故障频率，可以得出结论： 维修人员在制定维修策略时应该以故障危害度的大小作为参考，而不是故障频率。本章 也总结了建立加工中心故障树的规则和作用，并根据各个子系统的特点和故障模式建立了各个子系统的故障树。根据各子系统的故障树，本章针对各个子系统的故障和存在的 隐患提出了改进措施，为加快mdh80加工中心渡过早期失效期并优化维修管理策略提 供了依据。
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3.2.1故障树分析法
故障树分析法又叫fta分析法，是一种分析故障原因的方法。fta是fault tree analysis的缩写。fta与fmeca两者之间有很多异同点。fmeca是自下而上的逻辑 归纳法，而fta是自上而下的逻辑演绎法[41]。fmeca从故障模式中分析出故障后果， 而fta从故障后果分析出故障原因。fmeca通常针对的是单个故障分别分析，而fta 则更加系统。在做完fmeca后再完成fta就可以比较完善地分析加工中心各个子系 统的故障。fta首先是由美国贝尔实验室在1962年提出的，目前它己经应用到许多工 程领域中了。
故障树分析法的作用：
(1)fta能够帮助加工中心的使用人员更清晰的了解各个部件之间的[42]。
(2)利用fta可以帮助查清每个微小故障对系统的影响，了解故障的传播途径， 避免重复性的检查。
(3)因为其直观性，fta可以被认为是一种维修指导方案，可以节省大量的培训时 间和费用。
(4)fta可以在全寿命周期中任何阶段都使用，它可以帮助设计人员对系统有更深 入的认识，在设计阶段就发现问题，从而提高加工中心的可靠性。
(5)fta也可以用来定量分析以确定顶层事件的发生概率等可靠性参数，为改善系 统可靠性提供了定量的数据。
(6)fta具有很大的灵活性，利用fta不仅仅可以分析出机械电子等故障原因造 成的影响，还可以看出哪些地方会发生由人为和环境因素造成的故障，能够帮助车间管 理人员制定管理方案。
(7)用fmeca分析故障原因的局限是它是一种单因素定性分析法，而fta可以 对各个故障事件的多因素组合和多层次逻辑关系进行分析。
3.2.2故障树建图规则
故障树的建立基础是对加工中心的设计结构、故障模式、故障现象有了全面的了解。 同时要与加工中心的维修人员探讨故障原因，不可以凭空想象。
fta是一种图形演绎法，对特定故障现象层层深入分析。而故障树分析中重要的 一步就是建树。建树的顺序是从上而下，逐层建树，不可跳级，故障树之间各种事件的逻辑关系必须严密合理。故障树里包含的内容主要是事件和逻辑门，下面对本次建树时 用的所有故障树事件和逻辑门做说明：
(1)顶事件：是逻辑门输出事件，这里表示某子系统发生了故障。
(2)中间事件：既是逻辑门输入也是输出，这里表示既可以分析产生该事件的原因， 也可以得出它引发的结果。
(3)底事件：只能是逻辑门输入，这里表示无需再分析其产生原因，或者它本身就 是故障基本的原因。
(4)未探明事件：表示无法分析其原因或不需要进一步分析原因的事件。
(5)逻辑或门：表示输入事件至少发生一个时，输出事件才发生。
在建立故障树时，这些事件和逻辑门需要用符号来表示。表3.3列出了表示这些事 件和逻辑门的符号。
本文规定各个子系统的顶事件都是该子系统发生了故障，不能正常工作。这些顶事 件都用代号表示，每个子系统对应的代号显示在表3.4中。
表3. 4子系统代号
tab. 3.4 code of subsystems
代号
子系统
代号
子系统
w
工件传输系统
p
机床防护及基础件
c
控制电气系统
h
液压气动系统.
j
夹具系统
s
主轴系统
t
刀具系统
r
冷却排屑及除尘除雾系统
f
进给系统
l
集中润滑系统
将第一层中间事件的代号设置为ya01、ya02等。y即子系统的代号，a代表第 —层中间事件，比如工件传输系统的第一层中间事件为wa01、wa02等。以此类推， 第二层中间事件代号为yb01等，第三层中间事件代号为yc01等，直到达到了底事件。 每一个底事件代号设置为yx01等，每一个未探明事件代号设置为yw01等。每个事件 的代号只是为了方便画出故障树图形，每一个事件代号所代表的意义都需要写清楚，所 有故障事件都必须严格定义。每一个故障树之中的都包含很多的故障现象，有一些故障 现象的原因是相同的，这被称为共因事件。对于故障树中的共因事件应该采用同一个事 件符号。
一个完整的故障树很复杂，在建树时要尽量避免出现疏漏。建立故障树模型之前要 做好故障模式分析，只有确定了所有的故障模式，才能不遗漏中间事件和底事件。因此 在建立故障树时，需要参考各个子系统的fmeca故障模式分析表[43]，即本章的表3.2。 在此基础上分析出引起顶事件发生的所有中间事件作为输入，之后像分析顶事件一样再 逐层分析直到不能分解，每一层的分析都要*结束后再分析下一层以避免遗漏。因此, 可以总结出故障树的建树流程，如图3.3所示。
3.3各子系统故障原因分析及改进
本节利用故障模式分析出的结果对各个子系统做了故障树分析图，并利用故障树来 分析mdh80加工中心各个子系统的故障原因，同时针对故障以及一些安全隐患提出了 改进措施。
3.3.1工件传输系统故障原因分析及改进措施
图3.4是工件传输系统的故障树图，表3.5列出了工件传输系统中各个事件所代表的意义。
表3. 5工件传输系统故障树各事件的意义
tab. 3.5 meanings of all codes in fault tree of work-piece transmission subsystem
代号
意义
代号
意义
w
工件传输系统故障
wa01
机械手故障
wa02
滚道不动
wb01
机械手受到撞击
wb02
机械手移位超程
wb03
机械手抓错料
wb04
机械手不动作
wb05
*
wb06
机械手失调
wb07
机械手误报警
wb08
感应失效
wc01
机械手撞滚道
wc02
机械手撞工件
wx01
滚道安装不合理
wx02
机械手与夹具之间位置需调 整
wx03
夹具信号与机械手信号之间 程序逻辑不完善
wx04
缺少保护程序
wx05
机械手驱动器及控制单元有 故障
wx06
机械手控制程序不合理
wx07
信号丢失
wx08
信息对接故障
wx09
元器件功能丧失
wx10
与前后工序有冲突
wx11
传感器不能正常工作
从工件传输系统的故障树中可以看到，绝大多数故障是由程序不合理或信号不到位 引起的。因此对于工件传输系统的故障解决方案关键在于改善程序。因为每个桁架机械 手可能同时为两个到四个加工中心服务，如果生产正常运行，机械手不会出现程序上的 故障。但是当某台加工中心停产或突然发生故障不能工作时，机械手的控制程序就可能 不能识别这些突发情况，导致机械手不能完成正确的动作。如果某些信号开关失灵或者 损坏，机械手控制系统也没有完善的热保护程序。这就需要在程序设计阶段就研宄机械 手可能遇到的每一种突发情况，为每一种突发状况都制定相应的保护程序以避免出现重 大程序漏洞。
机械手在搬运工件过程中可能会在抓料时与工件碰撞，在放工件时与滚道碰撞，这 类碰撞故障会对机械手有较大的损坏，需要立即解决。因此要根据故障树分析出的故障 原因，完善程序，对不合理的机械结构做调整。
滚道故障是生产线上经常发生的故障，它会影响到加工中心的生产节拍。其产生原 因主要是毛坯件不规范而卡在滚道上，或者接近传感器出现故障。接近传感器的原理是 如果有金属在传感器探测头前一定距离内通过，传感器就会给控制系统发出信号，进而 控制滚道继续运行。但是因为滚道宽度比工件宽度宽很多，有时实际的安装距离未达到设计标准，就会产生许多错误信号。有时因为对接近传感器的保护不到位，经常会有铁 屑沾到接近传感器上，这样传感器也会传出错误信号。工件被放到滚道的过程中也容易 发生碰撞到传感器的现象。因此滚道的传感器上也应该加上传感器保护装置，并对不合 理的传感器装配做调整。
总之，完善程序和加强对滚道上传感器的维护和管理是改进工件传输系统可靠性的 重要措施。
3.3.2控制电气系统故障原因分析及改进措施
图3.5是控制电气系统的故障树图，表3.6列出了控制电气系统.中各个事件所代表的意义。
表3. 6控制电气系统故障树各事件的意义
tab. 3.6 meanings of all codes in fault tree of cnc subsystem
代号
意义
代号
意义
c
控制电气故障
ca01
机床不动作
ca02
cnc控制器故障
ca03
电气信号不到位
ca04
误报警
cb01
机床不能启动
cb02
机床停止运行
cx01
元器件损坏
cx02
电缆线路损坏
cx03
开关上有铁屑
cx04
开关松动
cx05
程序不完善
cx06
开关位置有偏差
cx07
元器件失灵
cx08
cnc参数错
cx09
压力继电器故障
控制电气系统相当于一台加工中心的大脑，控制电气系统出现问题会直接导致加工 中心无法完成自动化运行。控制电气系统的主要故障有机床不动作、cnc控制器故障、 电气信号不到位、元器件损坏、误报警等。控制系统的程序也需要完善，对一些微小的 程序错误要做及时的修改。如果一台mdh80加工中心出现了程序问题，就要检查其他 加工中心的程序是否也出现了同样错误。程序错误虽然不能对加工中心产生较大的损 伤，但是它会造成加工中心停止运行，如果排查故障时间过长就会影响生产节拍。信号 不到位主要是由信号开关故障引起的，对发生故障的信号开关应做调整或重新装配。在 控制电气系统中，外购元器件出现的故障比例较高，约占该子系统故障的35.3%。对此， 一方面要对外购件进行质量检测，另一方面要加强对电气元器件的维护。根据车间工人 以往的经验，如果管路、线路等装配比较混乱就容易产生相互摩擦，导致电气线路寿命 减少；而且各种电缆线路太接近，在绝缘皮老化后也容易造成比较严重的安全隐患。因 此电气线路要设计成一个比较安全、合理、使用方便的结构。针对控制电气系统维修时 遇到的困难，本文也提出了一些改进建议：将各个电子元器件都要贴上标识，标明其用 途和电气地址号，以方便排查故障；将英文的操作界面、电气标识都尽量改成中文，防 止加工中心使用人员误操作。
3.3.3夹具系统故障原因分析及改进措施
图3.6是夹具系统的故障树图，表3.7列出了夹具系统中各个事件所代表的意义。
表3. 7夹具系统故障树各事件的意义
tab. 3.7 meanings of all codes in fault tree of fixture subsystem
代号
意义
代号
意义
j
夹具系统故障
ja01
夹具松开
ja02
夹具受撞击
ja03
夹具传感器信号丢失
ja04
夹具系统误报警
ja05
气检不合格
jb01
机械手放工件同时装夹具
jx01
元器件损坏
jx02
零件损坏
jx03
压力继电器有问题
jx04
夹具程序有问题
jx05
没有夹具夹爪到位监控
jx06
安装松动
jx07
判断时间延时参数错
jx08
气检值错误
jx09
工件本身不合格
jx10
装工件时有液体
通过查看夹具系统fta图，可以发现，夹具系统发生的主要故障为夹具松开、夹 具受撞击、信号丢失、气检故障、和元器件、零部件损坏等。夹具松开主要是因为压力 继电器出问题、夹具程序有问题。当把工件放到夹具上时，如果放工件的同时也装夹具， 工件就会撞到夹具夹爪上，这对夹具的损坏会非常大，为了避免这类故障还会发生，夹 具系统应该増加夹爪到位监控系统。气检故障是夹具系统的重点问题，因为虽然气检不 合格对机床和工件不会造成重大的损坏，但会严重影响生产效率。气检就是在夹具下通 一个气管，靠气体流动的压力来判断夹具和工件之间的间隙的大小，进而判断工件是否 被准确的装在夹具上了。造成气检不合格的原因有三点：第一，气检值选择的不合理， 因为工件与夹具之间的缝隙过小，所以缝隙稍微改变就会造成很大的压力误差，随着生 产的继续进行，凭经验找到合适的气检值，这类故障就会减少，同时也可以通过在标准 件下垫垫片和气检试验块等方式检测出合适的气检值；第二，工件本身不合格，如果工 件在之前工序中的加工精度未达到要求，就会造成气检不合格；第三，工件上有水或油， 水和油会堵塞气检孔，但是这类故障主要是因为操作管理不当引起的，可以避免。夹具 系统因为直接与工件接触，所以如果机械手把工件放在夹具的过程中出现故障就会造成 有些元器件、零部件受到冲击而损伤。因为夹具系统发生过零部件、元器件损坏的故障， 因此要对这些容易损坏的部件加强管理和维护。
3.3.4刀库系统故障原因分析及改进措施
图3.7是刀库系统的故障树图，表3.8列出了刀库系统中各个事件所代表的意义。
表3. 8刀库系统故障树各事件的意义
tab. 3.8 meanings of all codes in fault tree of tool maga2dne subsystem
代号
意义
代号
意义
t
刀库系统发生故障
ta02
刀库故障
ta01
刀检故障
tb01
刀检误报警
tb02
刀检失调
tb03
刀库不换刀
tb04
刀库掉刀
tc01
传感器信号传输故障
tx01
传感器本身可靠性差
tx02
传感器安装位置错
tx03
刀检值错误
tx04
刀检程序不合理
tx05
24v电压有故障
tx06
刀库抓手不牢
tx07
刀库程序参数错
刀库系统的故障主要分为两个部分，刀库故障和刀检故障。刀库故障主要包括刀库 不能换刀和刀库掉刀，这主要是因为刀库的控制程序或电气设备出现问题、完善程序和 维护电气设备的稳定性是保护刀库的重要措施。刀库系统存在一定的安全隐患，应该添 加保护工作人员安全的装置，比如刀库门被打开时应该传出刀库停止转动信号，防止刀 库门打开时刀库链仍能旋转造成对维修人员的伤害。在加工中心运行初期，刀检故障出现的比较多。刀检的工作原理是刀尖如果在传感器的检测范围内，传感器就会传出一个 信号，但是如果没有接收到信号就说明刀具己经断了。一台加工中心至少有二十到三十 把刀，包括铣刀、钻刀、攻丝等等。因此一台加工中心的各把刀长短都会不同，甚至差 异很大。而刀检传感器并不会因为每把刀的长短不同而作位置上的调整。因此如果刀检 传感器的位置不合理就会发出错误的信号，比如刀具没断但没检测到刀具就会产生误报 警，严重的会导致检测系统程序失调而不能正常检测。因此，调整好刀检传感器的位置， 并保证传感器本身的可靠性是解决刀检故障的重点。
3.3.5进给系统故障原因分析及改进措施
图3.8是进给系统的故障树图，表3.9列出了进给系统中各个事件所代表的意义。
表3, 9进给系统故障树各事件的意义
tab. 3.9 meanings of all codes in fault tree of feeding subsystem
代号
意义
代号
意义
f
进给子系统发生故障
fa01
回转台故障
fa02
z轴移位超程
fb01
回转台损坏
pb02
回转台不动
fx01
回转台装配有问题
fx02
外购件本身可靠性差
fx03
程序内信号地址错误
fx04
位置开关安装位置错误
fx05
元器件功能丧失
fx06
传动系统本身有误差等机械 问题
fx07
驱动器及其控制单元有故障
fw01
不注意保养回转台
进给系统的故障主要集中在z轴和回转台上。z轴故障主要就是移位超程，它的表 现形式是轴实际已经超程，引起限位开关有动作而产生报警，但是它也可能是程序或信 号传输错误引起的错误报警。在排除这类故障时要对进给系统的机械传动机构和软件、 驱动器等控制机构同时检查[44]。回转台故障主要是回转台装配出现问题，或回转台不动。 回转台不动是因为回转台的信号开关位置错误或信号程序地址错误引起的回转台与控 制系统之间的信号传输出现问题。完善信号传输线路是减少回转台故障的重要措施。同 时回转台是一个外购件，在考察过程中发现有回转台损坏的现象。加工中心使用人员要 主要保养这些重要设备，同时提醒加工中心制造厂家要在购买外购件时要加强对它的性 能测试。
3.3.6机床防护及基础件系统故障原因分析及改进措施
图3.9是机床防护及基础件系统的故障树图，表3.10列出了机床防护及基础件系统 中各个事件所代表的意义。
表3.10机床防护及基础件系统故障树各事件的意义
tab. 3.10 meanings of all codes in fault tree of protection subsystem
代号
意义
代号
意义
p
机床防护及基础件发生故障
pa01
顶门开启故障
pa02
机床无法暖机
pa03
防护部件缺失
pa04
空调故障
pb01
顶门信号不到位
pb02
空调门未关
px01
气缸连接处松动
px02
门锁位置松动
px03
信号开关松动
px04
信号开关失灵
px05
门锁位置错误
px06
零部件损坏
pw01
加工装配失误
pw02
操作失误
机床防护及基础件的地位十分重要，因为如果这方面发生严重故障将会直接影响到 加工中心的寿命和使用人员的安全。机床防护方面的故障主要是顶门开启故障。造成顶 门开启故障的原因就是门锁门销、气缸连接处等部位连接不牢，也可能是信号开关松动 或失灵导致传输不到信号。因为误操作造成的故障也出现在该系统中，管理者应该加强 管理。加工中心的很多关键部件都被包裹在加工中心的防护系统之中，而这些部件也是 检查和维修的重点部位，因此为了方便拆装和维修这些内部设备，应该在一些关键的地 方添加维修门。
3.3. 7液压气动系统故障原因分析及改进措施
液压气动系统的主要故障有：油泵压力失调、接头松动、零部件或元器件损坏、气 压信号不到位。该系统的故障有57%是装配责任，剩下43%是因为外购件出了问题。因 此对于液压气动系统要加强装配时的管理，和对管道的维护。每个管路上都应该加上明 显的标牌，每个与液压和气压有关的元器件都应该添加压力标识，以方便维修和管理。
3.3.8主轴系统故障原因分析及改进措施
图3.10是主轴系统的故障树图，表3.11列出了主轴系统中各个事件所代表的意义。
表3.11主轴系统故障树各事件的意义
tab. 3. u . meanings of all codes in fault tree of spindle subsystem
s
主轴系统有问题
sa01
主轴内冷线路断
sa02
加工的产品精度有问题
sb01
机床水平有走动
sb02
刀具切削方案不完善
sx01
程序出错
sx02
装刀不牢
sx03
主轴本身有振动
sx04
夹具定位不准，导致与主轴 相对位置不正确
sx05
地脚螺栓松动
sx06
刀具本身结构有问题
sx07
较长的刀具在切削时刀尖头 部晃动过大
sx08
切削参数和走刀路线不合适
sx09
运输时有划伤
主轴系统是影响加工中心加工精度的重要结构。影响加工精度的原因有很多，本 文通过故障树分析法将所有影响工件加工精度的原因都归于主轴系统以便于维修人员 制定故障排查方案。图3.10和表3.11中列出了影响mdh80加工中心精度的可能原因。 维修人员要对其一一排查。主轴系统内部要定期做振动检测。对于容易出问题的刀具要 重新制定切削方案。同时还要排查所有与精度有关的非主轴系统故障因素。在工件运输 时要避免出现磕碰划伤等问题。
3.3.9冷却排屑除尘除雾系统故障原因分析及改进措施
图3.11是工件传输系统的故障树图，表3.12列出了工件传输系统中各个事件所代
表的意义。
表3.12冷却排屑除尘除雾系统故障树各事件的意义
tab. 3.12 meanings of all codes in fault tree of cooling and chip removal subsystem
代号
意义
代号
意义
r
冷却排屑除尘除雾系统故障
ra01
过滤器滤芯堵塞
ra02
冷却压力失调
ra03
积攒铁屑
rb01
冲屑装置设计不合理
rx01
液体接头松动
rx02
反冲器冲力不够
rx03
未能及时清理
rx04
冲屑流量设置不合理
rx05
冲屑角度选择不合理
rw01
误操作
冷却排屑除尘除雾系统的故障总数虽然不多，但是故障模式种类却很多，虽然都不 是很严重的故障，但是却暴露了加工中心制造和管理上的一些问题。比如过滤器的定期 清理没做到位或反冲器冲力不够，导致了过滤器的滤芯堵塞。连接件松动表明在装配后 未检查仔细。
因为加工中心的设计不合理，导致有的地方积攒了铁屑。在同一条生产线上不仅有 本次研宄用的国产加工中心还有一些国产专机和进口的加工中心。其中进口加工中心对一些关键传感器做了保护，防止冲洗铁屑时溅到这些元器件上而产生错误信号。而国产 加工中心和专机在这方面做得不好，特别是国产专机。国产专机在冲屑时由于冲屑流量 不合理或冲洗角度的不合理会导致液体在射到防护板后反射到防护板外面，造成机床漏 水，而且铁屑也可能被冲到一些狭小的缝隙中或元器件上，还需要人工清理。mdh80 加工中心设计人员可以学习进口加工中心对细节的处理，吸取国产专机设计上失误的教 训，以提高在细节方面的设计水平。
为了防止上排系统出现故障隐患，维修人员在维修后要及时清理切削液中的杂物， 比如断刀、维修时用的手套等，以防止这些杂物被吸入上排系统，导致上排系统堵塞。
3.3.10集中润滑系统故障原因分析及改进措施
集中润滑系统的故障较少，主要就是润滑油压力不足。而且该系统所需的维修时间 很短，只要及时检查润滑油泵就能排除。
3.3.11故障原因总结
通过上述对各个子系统的故障原因分析可以看出，大部分故障是由于设计不合理或 装配不合格引起的，符合加工中心处于早期失效期的特点。对于结构和程序设计不合理 之处，设计人员应该尽快提出改进方案。对于一些容易出现问题的元器件要重新检查其 性能和装配是否牢靠。对于容易出现误操作的地方要加强监督和管理。大部分系统中都 有一些故障隐患，虽然暂时没有出现故障，但也要在早期失效期内将这些隐患都解除。 维修人员要根据故障树分析法分析出的故障原因，事先制定好故障排查方案，以减少故 障维修时间，提高加工中心生产效率。
因此利用故障树来分析mdh80加工中心的故障原因，对于加快加工中心渡过早期 失效期和优化维修管理策略具有很大的作用。
3.4本章小结
本章利用fmeca法，总结了发生在mdh80加工中心上的所有的故障模式，并将 这些故障模式分为了六类。其中功能型和状态型故障模式所占的比例都超过了 30%，应 该加强注意。对各类故障模式可能造成的影响进行了分析。介绍了 fmeca中的cas 量分析法，并计算出了每个故障模式和各子系统对加工中心的危害度。列出了需要重点 解决的13个故障模式。通过比较各子系统的故障危害度和故障频率，可以得出结论： 维修人员在制定维修策略时应该以故障危害度的大小作为参考，而不是故障频率。本章 也总结了建立加工中心故障树的规则和作用，并根据各个子系统的特点和故障模式建立了各个子系统的故障树。根据各子系统的故障树，本章针对各个子系统的故障和存在的 隐患提出了改进措施，为加快mdh80加工中心渡过早期失效期并优化维修管理策略提 供了依据。
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