董劍，代曉旭，李倩，王超，王海波，殷云飛

（1.中國第一汽車集團(tuán)公司技術(shù)中心，吉林 長春 130011；2. 一汽轎車股份有限公司，吉林 長春 130012）

發(fā)動機(jī)缸蓋氣門座圈閥座三坐標(biāo)柔性測量方法

董劍1，代曉旭2，李倩1，王超1，王海波1，殷云飛1

（1.中國第一汽車集團(tuán)公司技術(shù)中心，吉林 長春 130011；2. 一汽轎車股份有限公司，吉林 長春 130012）

介紹的這套缸蓋氣門座圈閥座測量方法，是基于三坐標(biāo)測量，借助一套簡易的柔性支撐輔具，可實現(xiàn)多種不同類型缸蓋閥座圓度和跳動的測量。針對同一缸蓋，分別采用三坐標(biāo)柔性測量和專用檢具測量，比較測量結(jié)果，驗證了這套三坐標(biāo)柔性測量方法的可行性以及結(jié)果的準(zhǔn)確性。

座圈閥座；跳動；三坐標(biāo)；柔性測量

CLC NO.:U467 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)15-122-03

引言

發(fā)動機(jī)缸蓋座圈閥座的加工質(zhì)量對發(fā)動機(jī)整機(jī)性能影響巨大。目前，發(fā)動機(jī)缸蓋座圈閥座加工通常采取專用復(fù)合刀具，一次定位加工閥座和氣門導(dǎo)管的方法。但由于缸蓋座圈閥座幾何尺寸的特殊性，閥座的圓度和跳動測量非常困難。

1 問題的提出

目前，專業(yè)生產(chǎn)廠普遍采用專用檢具檢測座圈閥座跳動。對于研發(fā)單位的試制部門，由于試制的缸蓋類型繁多，專用檢具檢測不現(xiàn)實，并且加工過程采用的簡易工裝很難保證座圈閥座加工尺寸的一致性。探尋一套可用于多種不同類型缸蓋座圈閥座圓度和跳動的測量方法是非常有必要的。

由于專用檢具使用的局限性，本文選擇測量的缸蓋是一款我們接近量產(chǎn)階段的4GA系列產(chǎn)品。在恒溫條件下，兩種測量方法對同一缸蓋進(jìn)排氣全部座圈閥座跳動進(jìn)行測量，比較二者的測量結(jié)果，驗證我們這套三坐標(biāo)柔性測量方法測量精度不低于專用檢具。

2 專用檢具測量

2.1 檢具介紹

我們現(xiàn)有的4GA缸蓋專用檢具是由天津市榮澤科技有限公司制造的，檢具缸蓋支撐平臺能實現(xiàn)左右兩個方向傾斜，傾斜角度與4GA缸蓋進(jìn)排氣門導(dǎo)管傾斜角度一一對應(yīng)。用于顯示測量數(shù)值的表頭為百分表，量程為0-3MM。

2.2 檢具測量過程簡述

以測量排氣側(cè)座圈跳動為例。測量過程如下：

第一步，將缸蓋固定在檢具上，轉(zhuǎn)動相應(yīng)的角度；

第二步，芯軸穿入排氣凸輪軸孔內(nèi)，用于頂住測量桿，避免測量桿自身的重量對測量結(jié)果產(chǎn)生干擾；

第三步，將帶有百分表的測量桿插入氣門座圈孔和導(dǎo)管孔內(nèi)，此時百分表測針正好接觸到氣門座圈閥座測量面，以上三步完成后如圖1所示；

最后，勻速轉(zhuǎn)動測量桿角度大于360度，讀取百分表讀數(shù)，如圖2所示，完成一個排氣門座圈閥座跳動的測量。

圖1 專用檢具測量操作

圖2 檢具測量結(jié)果讀取

2.3 專用檢具優(yōu)勢與劣勢

專用檢具測量操作簡單，方便快捷，測量精度在可接受范圍內(nèi)。但由于檢具的唯一性，對于類型繁多的缸蓋試制產(chǎn)品，專用檢具生產(chǎn)費(fèi)用較多，檢具制造周期很難滿足發(fā)動機(jī)整機(jī)項目試制周期。同時，現(xiàn)階段發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)也在發(fā)生變化，凸輪軸框架和氣缸蓋罩蓋合二為一成為趨勢，這對于氣門座圈跳動測量檢具的設(shè)計又提出了新的難題。

3 三坐標(biāo)柔性測量

3.1 三坐標(biāo)選取

我們選取的三坐標(biāo)測量設(shè)備為WENZEL LH 1010橋式三坐標(biāo)測量機(jī)。測量線性不準(zhǔn)確度E=2.7+(L/350)μm，測量方式為掃描測量。我們現(xiàn)階段試制的缸蓋座圈閥座，跳動設(shè)計要求在30μm，圓度設(shè)計要求在15μm，我們選擇的設(shè)備測量精度滿足要求。

3.2 檢測方法介紹

我們選取的三坐標(biāo)掃描測頭標(biāo)定角度間隔為7.5度，為實現(xiàn)多種試制缸蓋座圈閥座的測量工作。我們利用簡單常見的萬能測量工具，組成一套柔性的缸蓋測量支撐輔具，可實現(xiàn)缸蓋轉(zhuǎn)動角度可調(diào)。這套柔性支撐輔具由一臺數(shù)字角度測量儀和四個可調(diào)節(jié)高度的頂尖組成，如圖3.1所示。三坐標(biāo)配合柔性支撐輔具，可以實現(xiàn)我們現(xiàn)階段多款試制缸蓋座圈閥座的測量。并且測量內(nèi)容不僅局限于氣門座圈閥座的跳動，還可以實現(xiàn)閥座圓度的測量。

3.3 測量過程簡述

該4GA缸蓋進(jìn)氣門導(dǎo)管傾斜角度為19.5度，排氣門導(dǎo)管傾斜角度為22度。下面我們以進(jìn)氣門座圈閥座測量為例，詳細(xì)介紹這套柔性測量方法的測量過程。

第一步，用四個可調(diào)節(jié)高度的頂尖將缸蓋支撐起來，用數(shù)字角度測量儀測量缸蓋燃燒室側(cè)平面傾斜角度。通過調(diào)節(jié)四個頂尖的高度，將缸蓋燃燒室側(cè)平面調(diào)整至與三坐標(biāo)工作臺平面水平，如圖3.2所示；

第二步，三坐標(biāo)測頭在缸蓋燃燒室側(cè)平面上，分散采集16個點(diǎn)，采集點(diǎn)時保證測頭與平面垂直[1]。構(gòu)造一個平面，評價這個面的平面度，測量結(jié)果顯示缸蓋燃燒室側(cè)平面平面度合格；

第三步，由于該缸蓋進(jìn)氣門導(dǎo)管傾斜角度為19.5度，而我們選用三坐標(biāo)的測頭可調(diào)整的角度間隔為7.5度。我們選擇將三坐標(biāo)測頭調(diào)整至工作臺平面成22.5度。這時為保證三坐標(biāo)測頭與進(jìn)氣門導(dǎo)管孔軸線平行[2]，需要將缸蓋傾斜至與測量工作臺成3度（實際角度儀讀數(shù)為2.97度）。這3度調(diào)節(jié)是通過調(diào)高缸蓋下方一側(cè)兩個頂尖實現(xiàn)的；

第四步，將該缸蓋的三維數(shù)模導(dǎo)入三坐標(biāo)測量程序內(nèi)，三坐標(biāo)測頭采用掃描的方式，針對每一缸每個進(jìn)氣門導(dǎo)管，在導(dǎo)管孔上中下三個截面掃描采集數(shù)據(jù)[3]，如圖3所示。根據(jù)圖紙描述，在三坐標(biāo)測量程序內(nèi)，構(gòu)造進(jìn)氣門導(dǎo)管孔軸線與缸蓋燃燒室側(cè)平面交點(diǎn)；

第五步，按照圖紙要求，經(jīng)過計算，調(diào)整三坐標(biāo)測頭，使測頭到達(dá)缸蓋座圈閥座測量位置。采用掃描方式，掃描角度大于360度，采集測量截面數(shù)據(jù)，以相應(yīng)氣門導(dǎo)管孔軸線為基準(zhǔn)，評價座圈閥座的跳動和圓度。

以此類推，重復(fù)以上的后三個測量步驟，完成其他進(jìn)氣門座圈閥座的測量工作，其中每一個座圈閥座掃描重復(fù)進(jìn)行三次，以用于判斷這套測量方法的穩(wěn)定性。排氣門座圈閥座的測量與進(jìn)氣側(cè)類似，區(qū)別在于三坐標(biāo)測頭和缸蓋燃燒室平面需要調(diào)整的角度不同，如圖4所示，在這就不再詳細(xì)介紹了。

圖3 柔性支撐輔具

圖4 缸蓋調(diào)整至水平狀態(tài)

圖5 進(jìn)氣側(cè)閥座測量

圖6 排氣側(cè)閥座測量

4 測量結(jié)果整理和比較

以上兩種方法測量的座圈閥座的跳動均為徑向跳動。座圈閥座錐面跳動值A(chǔ)=B*cos(C/2)，其中B為徑向跳動，C為座圈閥座錐角。

三坐標(biāo)掃描柔性測量三次測量結(jié)果的比較，三坐標(biāo)結(jié)果僅保留小數(shù)點(diǎn)后三位，第四位數(shù)字四舍五入，對比結(jié)果如表1所示。

表1 缸蓋座圈閥座跳動三坐標(biāo)掃描測量結(jié)果

三坐標(biāo)掃描柔性測量結(jié)果與專用檢具測量結(jié)果對比，如表2所示。

表2 兩種測量方法測量結(jié)果對比

經(jīng)過對三坐標(biāo)掃描方式三次重復(fù)測量結(jié)果的整理，我們可以認(rèn)為這套三坐標(biāo)柔性測量方法是可行的。在進(jìn)一步和專用檢具測量結(jié)果比較，我們認(rèn)為三坐標(biāo)柔性測量結(jié)果是準(zhǔn)確的。

表3 兩種測量方法測量結(jié)果對比

5 總結(jié)

發(fā)動機(jī)缸蓋座圈閥座加工精度對發(fā)動機(jī)整機(jī)性能影響很大，同時閥座的檢測數(shù)據(jù)對于項目研發(fā)也有重要用途。我們這套三坐標(biāo)柔性測量閥座跳動和圓度的檢測方法，非常適合于研發(fā)單位不同類型缸蓋座圈閥座的檢測工作。

[1] 郭國,韓晉,呂君,穆菁,郭林,李林陽.三坐標(biāo)觸測方向?qū)y量精度影響的實驗研究[J].制造技術(shù)研究,2015(6):18-20.

[2] 高善平,韓晉.基于三坐標(biāo)測量圓度誤差測量的精度分析[J].實驗研究,2014:27-28.

[3] 葉宗茂.發(fā)動機(jī)缸孔圓柱度三坐標(biāo)測量方法的探索[J].中國汽車工程學(xué)會年會論文集,2015:1054-1061.

Flexible Measuring Method for Engine Valve Seat Based on CMM

Dong Jian1, Dai Xiaoxu2, Li Qian1, Wang Chao1, Wang Haibo1, Yin Yunfei1

（1.China Faw Group Corporation R&D Center, Jilin Changchun 130011; 2.FAW Car Co., Ltd, Jilin Changchun 130012 )

The measuring method for engine valve seat is based on CMM, in virtue of flexible support accessories. The measurement can measure roundness and run-out tolerance of different kind of engine valve seat.The measured result based on CMM contrasts with the measured result based on special gauge, the comparison result shows that the method is feasible and true.

Engine valve seat; Run-out tolerance; CMM; Flexible measurement

U467

A

1671-7988 (2017)15-122-03

董劍，（1988-）男，研究生，工程師，就職于中國第一汽車集團(tuán)公司技術(shù)中心。研究方向：發(fā)動機(jī)質(zhì)量控制。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.15.045