7tk6916型落地铣镗床滑枕系统fta阶段报告

TK6916型落地铣镗床滑枕系统故障树分析（FTA）阶段报告1概述故障树分析（FAULTTREEANALYSIS，FTA）是一种已被广泛应用在系统可靠性分析中的方法，它产生于60年代，70年代后期被发展起来，用于各种系统的可靠性、安全性分析和风险评价。故障树分析法是在系统设计过程中，通过对可能造成系统故障的各种因素进行分析，画出故障树，从而确定系统故障原因的各种可能组合方式或其发生概率，以计算系统失效概率，采取相应的纠正措施，以提高系统可靠性的一种设计方法。故障树以一种树状的图形出现，由一些基本的图形元素（包括逻辑门符号、中间事件及底事件符号等）依据一定的逻辑关系组合，形成整个故障树图形。故障树图形反应了各个故障树事件之间的因果逻辑关系。故障树分析方法基于布尔代数和概率论，在工程应用上已取得了丰硕成果。2方滑枕故障树建模实例分析21系统概述通过对故障数据的统计分析可知，方滑枕是机床的主要故障部位之一，且其故障多由机械部分故障引起，其功能实现存在较严重的可靠性问题，因此本项目使用故障树分析方法对方滑枕的主要子系统的机械部分进行相应的可靠性分析。方滑枕是机床的主要功能部件之一，其位于主轴箱方孔内，将铣轴与镗轴包容在内。其中，方滑枕在主轴箱方孔内水平运动，铣轴在方滑枕内带动镗轴旋转，镗轴可在铣轴内水平自由移动。因此，方滑枕部件包括三个子系统Z轴进给系统、W轴进给系统以及主轴系统，分别实现镗轴在铣轴内的水平运动、方滑枕沿主轴箱方孔的水平运动以及铣轴和镗轴的回转运动。22系统基本假设1假设系统及所有零部件只有两种状态，即故障和正常；2假设各个零部件之间的故障是相互独立的。23方滑枕的故障树建模231Z轴进给系统故障树建模该进给系统机械部分由法兰盘、齿轮、滚珠丝杠副、角接触球轴承、锁紧螺母、直线运动球轴承、托架以及执行件镗轴等组成。Z轴进给系统位于方滑枕内，带动镗轴在铣轴内水平运动。其动力由伺服进给电机输出后，经一级齿轮降速，驱动滚珠丝杠传动带动双螺母水平移动，将回转运动转化为水平运动，由托架连接双螺母与镗轴，带动镗轴跟随双螺母水平移动。因此，把Z轴进给系统看作串联系统进行故障树建模分析。镗轴移动的直线度是机床的主要精度之一，因此，取“Z轴进给系统的直线度（水平面及垂直面）0018/300MM”做为故障树的顶事件，导致顶事件“Z轴进给系统的直线度（水平面及垂直面）0018/300MM”发生的原因事件有自制件加工不合格、装配误差过大以及机械零部件故障。由此再往下依次分析导致各事件发生的故障原因以及其所含零部件的故障模式与故障原因。所建故障树如图1图19所示。Z轴进给系统的直线度水平面及垂直面0018/300MM自制件加工不合格装配误差过大机械零部件故障G1G2G3图1“Z轴进给系统的直线度（水平面及垂直面）0018/300MM”故障树自制件加工不合格镗轴加工不合格轴VII加工不合格滑枕加工不合格托架加工不合格齿轮加工不合格G1G4G5G6G7G8图2“自制件加工不合格”子树镗轴加工不合格各轴颈同轴度不达标螺纹轴线与支承轴颈的同轴度不达标表面粗糙度不达标轴颈圆度公差不达标加工精度不达标材料质量不合格材料的强度、硬度以及耐磨性差热处理不当吊转搬运中划伤G4轴VII加工不合格轴线直线度不达标表面粗糙度不达标表面加工精度不达标材料质量不合格材料的强度、硬度以及耐磨性差热处理不当G5图3“镗轴加工不合格”子树图4“轴VII加工不合格”子树滑枕加工不合格主轴套孔直线度不达标各槽、孔的加工精度不达标加工精度不达标材料质量不合格材料选取不当热处理不当吊转搬运中划伤G6托架加工不合格尺寸误差偏大形状误差偏大内孔表面粗糙度不达标加工精度不达标材料质量不合格材料的强度、硬度低热处理不当G7图5“滑枕加工不合格”子树图6“托架加工不合格”子树齿轮加工不合格齿面粗糙度不达标材料质量不合格加工精度不达标热处理不当齿轮几何参数设计不合理材料的强度、硬度低工艺过程不当导致气孔、砂眼等轮培缺陷齿形误差过大齿轮偏心G8图7“齿轮加工不合格”子树装配误差过大滚珠丝杠副安装不当轴VII及直线球运动轴承安装不当托架安装不当齿轮安装不当G9G10G11G12G2图28“装配误差过大”子树齿轮ZII与丝杠的配合间隙产生的间隙偏心齿轮安装不当齿轮ZII与丝杠紧固用法兰盘安装不当齿轮啮合间隙及啮合接触面积不合理齿轮ZI与ZII安装配合不当齿轮ZI与电机的配合间隙产生间隙齿轮ZI与电机紧固用法兰盘安装不当齿轮ZI与电机输出轴连接不当齿轮ZII与丝杠连接不当G9滚珠丝杠副安装不当两端轴承同轴度差锁紧螺母面与轴承承靠面平行度差轴承座内腔与轴承孔轴心垂直度差角接触球轴承安装不当两端锁紧螺母预紧不当轴承与滚珠丝杠轴肩处贴合不实支撑座表面平行度或平面度差G10图9“齿轮安装不当”子树图10“滚珠丝杠副安装不当”子树托架安装不当与双螺母紧固不牢法兰盘安装不当锁紧螺母预紧不当与镗轴配合安装不当角接触球轴承安装不当与镗轴紧固不当轴承与镗轴轴肩处贴合不实法兰盘与轴承承靠面平行度差托架内腔与镗轴轴心垂直度差锁紧螺母与轴承承靠面平行度差G11轴VII及直线球运动轴承安装不当直线球运动轴承与托架紧固不当轴VII倾斜轴VII与直线球运动轴承配合不当G12图11“托架安装不当”子树图12“轴VII及直线球运动轴承安装不当”子树机械零部件故障滚珠丝杠传动故障托架带动故障轴VII支撑故障镗轴故障一级齿轮传动故障滚珠丝杠副故障角接触球轴承故障G13G14G15G16G17G18G3图13“机械零部件故障”子树一级齿轮传动故障折断操作不当造成过载表面损伤导致齿轮振动外来硬颗粒或磨屑侵入润滑油质量不符合要求，用量不足齿面温度过高塑性变形频繁启动和过载润滑油黏度低低速重载故障排除不及时造成疲劳、磨损严重检修制度不合适操作人员经验不足操作人员粗心大意BG13图14“一级齿轮传动故障”子树变形表面损伤致使丝杠颤动断裂工作温度过高滚珠丝杠副故障零件质量不合格使用、运输中受到较大冲击载荷润滑油质量不符合要求，用量不足存放或使用不当使腐蚀性物质侵入操作不当载荷过大设备老化静载荷过高异物侵入造成运转阻塞环境不清洁造成污染外来硬颗粒或磨屑侵入故障排除不及时致使疲劳断裂BG14图15“滚珠丝杠副故障”子树角接触球轴承故障转动失效表面损伤致丧失精度粘着磨损严重致卡死塑性变形外来硬颗粒或磨屑侵入润滑油质量不符合要求，用量不足A故障排除不及时致使疲劳断裂过载断裂BG15托架带动故障变形断裂托架故障角接触球轴承故障AG16图216“角接触球轴承故障”子树图217“托架带动故障”子树轴VII支撑故障轴VII变形A直线运动球轴承G17镗轴故障表面研伤工作温度过高变形重力G18图218“轴VII支撑故障”子树图219“镗轴故障”子树232W轴进给系统故障树建模该进给系统机械部分由同步齿形带、滚珠丝杠副、滚珠丝杠轴承、锁紧螺母、静压导轨以及丝杠与滑枕连接支架等组成。W轴进给系统位于主轴箱内，由伺服进给电机驱动，经同步齿形带降速后，驱动滚珠丝杠副带动滑枕在主轴箱方孔内做水平伸缩移动。进给中的滚珠丝杠副为带预紧的双螺母结构。滚珠丝杠的预紧和定位由位于其两端的锁紧螺母来实现。因此，把W轴进给系统看作串联系统进行故障树建模分析。滑枕移动的直线度是机床的主要精度之一，因此，取“W轴进给系统的直线度（水平面及垂直面）0018/500MM”作为故障树的顶事件，导致顶事件“W轴进给系统的直线度（水平面及垂直面）0018/500MM”发生的原因事件有自制件加工不合格、装配误差过大以及机械零部件故障。由此往下依次分析导致各事件发生的故障原因及其所含零部件的故障模式与故障原因。所建故障树如图20图23所示。W轴进给系统的直线度水平面及垂直面0018/500MM自制件加工不合格机械零部件故障装配误差过大A1A2A3图220“W轴进给系统的直线度（水平面及垂直面）0018/500MM”故障树自制件加工不合格主轴箱加工不合格滑枕加工不合格丝杠与滑枕连接支架加工不合格A1加工精度不达标材料质量不合格加工精度不达标材料质量不合格吊转搬运中划伤加工精度不达标材料质量不合格吊转搬运中划伤图221“自制件加工不合格”子树机械零部件故障滚珠丝杠副传动故障丝杠与滑枕连接支架故障静压导轨传动故障同步齿形带传动故障滚珠丝杠副故障滚珠丝杠轴承故障变形断裂A2带轮故障传动振动引起丝杠上的带轮振动齿形带故障导轨面故障静压建立故障顶丝张紧失效端盖松动静压不能建立静压导轨精度不稳定导轨面磨损镶条定位故障油膜厚度过大油膜厚度过小图22“机械零部件故障”子树滚珠丝杠副安装不当静压导轨安装不当丝杠与滑枕连接支架安装不当同步齿形带传动安装不当A3装配误差过大滚珠丝杠轴承安装不当两端锁紧螺母预紧不当支架与双螺母紧固不牢支架与滑枕紧固不牢滑枕导轨面安装不当滑枕与主轴箱静压导轨配合不当带轮WI安装不当带轮WII安装不当齿形带安装不当顶丝张紧不当图223“装配误差过大”子树233主轴系统故障树建模该系统机械部分由花键轴、双列短圆柱滚子轴承、双向推力角接触轴承、角接触球轴承、圆锥滚子轴承、齿轮、锁紧螺母、半圆调整垫、以及执行件镗轴和铣轴等组成。主轴系统位于方滑枕内，由花键轴将主传动系统提供的动力传到齿轮，齿轮传动带动铣轴回转，再由铣轴通过键带动镗轴一起转动，轴承起到支撑作用。因此，把主轴系统看作串联系统进行故障树建模分析。主轴系统精度也是机床的主要精度之一，因此，取“镗轴的轴向窜动0012MM或铣轴的径向跳动00135MM”作为故障树的顶事件，导致顶事件“镗轴的轴向窜动0012MM或铣轴的径向跳动00135MM”发生的原因事件有自制件加工不合格、装配误差过大以及机械零部件故障。由此再往下依次分析导致各事件发生的故障原因以及其所含零部件的故障模式与故障原因。所建故障树如图24图27所示。镗轴的轴向窜动0012MM或铣轴的径向跳动00135MM自制件加工不合格装配误差过大机械零部件故障M1M2M3图224“镗轴的轴向窜动0012MM或铣轴的径向跳动00135MM”故障树自制件加工不合格镗轴加工不合格花键轴加工不合格铣轴加工不合格轴VI加工不合格齿轮加工不合格表面加工精度不达标表面加工精度不达标表面加工精度不达标表面加工精度不达标表面加工精度不达标材料质量不合格材料质量不合格材料质量不合格材料质量不合格材料质量不合格M1图25“自制件加工不合格”子树装配误差过大花键轴安装不当铣轴安装不当花键轴上齿轮安装不当两齿轮啮合不当VI轴