目前国内乘用车变速器齿轮为了达到高标准的 NVH 要求，避免齿面烧伤，普遍采用了强力珩齿的工艺作为齿面的最终加工工艺。实际应用中，由于珩齿切削效率的限制，强力珩齿对毛坯状态和余量的要求很高，导致在很多零件加工时，难以避免地会出现因磨削阻力的变化引起的不同类型的振动，导致齿面一些带有固定阶次的振幅，反而让零件的实际 NVH 表现变差，产生很多复杂而不好控制的质量问题。PRAWEMA 是目前国内应用较多的强力珩齿设备，其特有的振动监测系统为 HRI(Hybrid Reactive Index)，能够提升强力珩齿的加工质量。
1、在线振动监控功能的原理
为了采集到设备加工时的振动数据，首先需要在机床的各主要快速运动部件上设置采集点，如图 1 所示。
PRAWEMA 珩齿设备加工时的 3 个主要运动部件是：
(1)工件回转轴C 轴，负责工件的夹紧和旋转。
(2)珩磨头回转轴B 轴，负责珩磨砂轮的夹紧和旋转。
(3)尾座移动轴U 轴，负责尾座的支撑和旋转。
通过在 3 个轴上布置的振动传感器，可实现实时数据采集，并通过瞬时测量设备传递到 PC 端保存。
2、强力珩齿的加工过程
强力珩齿工艺是珩磨轮主轴和工件主轴分别通过电主轴驱动，同时通过控制系统实现高度同步，加工过程工件沿轴向往复运动同时工件径向进给。利用啮合处的相对滑动，并在齿面间施加一定的压力来进行磨削加工。表 1 列出了强力珩齿的几个主要过程阶段。
为了便于针对不同加工阶段的数据进行筛选分析，在振动采样时分别赋予一个数值代码，不同数值代码代表了不同的加工阶段，表 2 列出了几个主要加工阶段的代码。
正是由于珩磨过程中的应力和切削率低的特点，在加工过程中容易由于应力的周期性变化产生共振，进而导致零件表面呈现出周期性的纹理变化，从而导致齿轮在啮合时产生噪声。
3、HRI 系统的应用
HRI 频谱界面
HRI 的频谱界面采用实时监控画面，如图 2 所示，其中横坐标为频率 / 阶次，可通过设定按钮进行切换，两者的换算关系是：
式中：f——频率，单位 Hz;O——阶次;n——轴转速，单位 r/min。
纵坐标为对应频率 / 阶次的振幅幅值，单位为 mg，图形通过不同的颜色显示不同的轴的实时振幅曲线。
对于机器而言，其运动过程中必然存在一些固有的特征阶次和频率，表 3 列出了根据经验分析得出的部分已知的问题频率和阶次，便于使用者在分析解决问题时参考。
HRI analyze+ 的界面
HRI 系统针对加工时不同阶段的振动数据进行了采集和保存，数据以 CSV 格式存储在 PC 端，HRI analyze+ 提供了针对 CSV 文件的多种查看方式，可通过表格、曲线和色阶谱线的方式进行分析。
CSV 文件可以通过路径 :\……\HRIdata 文件夹进行获取，包含以下子文件夹：
HriDebugLog 文件夹包含每一个工件随时间变化的加工过程参数。
HriLog 文件夹包含每一个零件的 HRI 数据总览。
HriFFTlog 文件夹包含每一个工件的各阶段的频谱数据，该文件是分析加工的振动的频率的数据，以下简称 FFT 文件，后面将重点介绍本文件的分析方法。
FFT 文件名称采取固定的方式生成，包含了程序代号、加工时间、零件代号、轴号和工步。
HriFFTlog 文件列表
FFTlog 文件导入到 HRI analyze+ 后如图 3 所示，每组 FFT 文件包含了近 2 h 的所有零件数据，可通过时间或者工件记数标签找到需要分析的数据段。
1. FFT 数据的筛选
因原始导入的 FFTlog 包含了所有的数据，分析时往往不需要对全过程所有零件和所有轴进行分析，通过过滤选项，可以筛选出对于零件加工质量影响最大的轴和阶段，一般情况下，选择决定齿面最终形态的工作路径(阶段 4 和 10)和清磨(阶段 5)进行分析。
2. 生成光谱图
完成筛选后的数据依然是以列表的方式显示，为了更加直观地发现加工过程的异常，还需将列表数据转换为光谱图形式显示。图 4 通过颜色从浅到深的色差，可以更便捷地看到一些特征频率和加工过程中出现高幅值的区间。
3. 对光谱图进行切片分析
为了更加详细地看到高振动幅值区域的阶次和发生阶段，可以选择对光谱图进行切片，切片图如图 4 所示，右下角红色曲线代表切片阶次的振动曲线，黑色曲线代表对应的阶段。
HRI 和 HRI analyze+ 在实际加工中的应用
1. 故障阶次和阶段的确定
举例：某珩齿设备出现加工后零件齿 S 形，对比分析频谱发现，相比于零件合格时期的状态，本次故障时 32 ～ 36 阶次在工作路径存在明显振动，已知高幅值振动区域后，为了判定该位置是否异常，可对比同一种工况下正常零件的光谱图，如图 5 所示，对比正常零件频谱，在同位置未发现振动，该阶次换算成频率为 3081～ 3466 Hz，根据表 3 的经验，该频率为尾座参与时夹紧系统的共振，重点排查工装与尾座的同轴度，经过重新校准精度，问题得到解决。
2. 故障预防
为了预防今后再次发生同样问题，可以在监控窗口进行限值设置和抽检超过设置限值的零件。如图 6 所示，对于阶次(2±2)，珩齿阶段 10，工件轴C 如超过 60 mg 振幅，零件将被送往抽检区域，提示操作者该零件存在风险，需进行检测，此举可以有效避免风险零件的流出。
4、结语
本文只介绍了 PRAWEMA 强力珩齿设备振动分析的通用过程，这项工作在实际应用中是一个经验和数据积累的过程，因为所有的设备运行时必然存在振动，而判定哪些振动是正常的、哪些是异常的，需要大量检测数据的积累，其影响因子也是复杂多变的，文中提到的对比分析法是最快捷有效的。本文介绍的振动监控系统和分析方式，对于其他齿形精加工(如磨齿)设备利用振动监控进行故障分析也有参考价值。
参考文献略.