0 前言

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（HybridReactiveIndex），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。

图1 PRAWEMA珩齿设备加工运动部件

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

3.1 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。

图2 HRI频谱显示界面

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。

3.2 HRIanalyze+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，HRIanalyze+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。

3.3 HriFFTlog文件列表

FFTlog文件导入到HRIanalyze+后如图3所示，每组FFT文件包含了近2h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。

图3 FFTlog导入HRIanalyze+

3.3.1 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。

3.3.2 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。

图4 FFT光谱图切片

3.3.3 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。

3.4 HRI和HRIanalyze+在实际加工中的应用

3.4.1 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3081～3466Hz，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。

图5 FFT光谱图对比

3.4.2 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60mg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。

图6 限值设置窗口

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 

[1] 李云峰.珩齿加工技术现状分析[J].机械管理开发,2015,(5):78-81.

[2] 张才源,张引炳,黄超,石刚.通过强力珩齿改变齿轮表面波纹度来改善NVH,[J],汽车制造业,2023,(1):51-53.

[3] 郑辉，段亚军.强力珩齿技术在高精度齿轮加工方面的应用.[J].科技与企业,2012,(09):295-296.

[4] 李文浩，夏链，袁彬，等.基于模态分析的数控内齿强力珩齿机床身优化设计[J],合肥工业大学学报（自然科学版）,2018,(11):1446-1450.

[5]陈宇.汽车齿轮珩齿加工缺陷的工艺改进新方法.[J].汽车工艺与材料,2020,(03):45-49.

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