發動機缸蓋氣門座圈閥座三坐標柔性測量方法

董劍，代曉旭，李倩，王超，王海波，殷云飛

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

發動機缸蓋氣門座圈閥座三坐標柔性測量方法

董劍1，代曉旭2，李倩1，王超1，王海波1，殷云飛1

（1.中國第一汽車集團公司技術中心，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，是基于三坐標測量，借助一套簡易的柔性支撐輔具，可實現多種不同類型缸蓋閥座圓度和跳動的測量。針對同一缸蓋，分別采用三坐標柔性測量和專用檢具測量，比較測量結果，驗證了這套三坐標柔性測量方法的可行性以及結果的準確性。

座圈閥座；跳動；三坐標；柔性測量

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

引言

發動機缸蓋座圈閥座的加工質量對發動機整機性能影響巨大。目前，發動機缸蓋座圈閥座加工通常采取專用復合刀具，一次定位加工閥座和氣門導管的方法。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，專業生產廠普遍采用專用檢具檢測座圈閥座跳動。對于研發單位的試制部門，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階段的4GA系列產品。在恒溫條件下，兩種測量方法對同一缸蓋進排氣全部座圈閥座跳動進行測量，比較二者的測量結果，驗證我們這套三坐標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左右兩個方向傾斜，傾斜角度與4GA缸蓋進排氣門導管傾斜角度一一對應。用于顯示測量數值的表頭為百分表，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，轉動相應的角度；

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

第三步，將帶有百分表的測量桿插入氣門座圈孔和導管孔內，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，勻速轉動測量桿角度大于360度，讀取百分表讀數，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 檢具測量結果讀取

2.3 專用檢具優勢與劣勢

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。但由于檢具的唯一性，對于類型繁多的缸蓋試制產品，專用檢具生產費用較多，檢具制造周期很難滿足發動機整機項目試制周期。同時，現階段發動機結構也在發生變化，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計又提出了新的難題。

3 三坐標柔性測量

3.1 三坐標選取

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

3.2 檢測方法介紹

我們選取的三坐標掃描測頭標定角度間隔為7.5度，為實現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，可實現缸蓋轉動角度可調。這套柔性支撐輔具由一臺數字角度測量儀和四個可調節高度的頂尖組成，如圖3.1所示。三坐標配合柔性支撐輔具，可以實現我們現階段多款試制缸蓋座圈閥座的測量。并且測量內容不僅局限于氣門座圈閥座的跳動，還可以實現閥座圓度的測量。

3.3 測量過程簡述

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

第一步，用四個可調節高度的頂尖將缸蓋支撐起來，用數字角度測量儀測量缸蓋燃燒室側平面傾斜角度。通過調節四個頂尖的高度，將缸蓋燃燒室側平面調整至與三坐標工作臺平面水平，如圖3.2所示；

第二步，三坐標測頭在缸蓋燃燒室側平面上，分散采集16個點，采集點時保證測頭與平面垂直[1]。構造一個平面，評價這個面的平面度，測量結果顯示缸蓋燃燒室側平面平面度合格；

第三步，由于該缸蓋進氣門導管傾斜角度為19.5度，而我們選用三坐標的測頭可調整的角度間隔為7.5度。我們選擇將三坐標測頭調整至工作臺平面成22.5度。這時為保證三坐標測頭與進氣門導管孔軸線平行[2]，需要將缸蓋傾斜至與測量工作臺成3度（實際角度儀讀數為2.97度）。這3度調節是通過調高缸蓋下方一側兩個頂尖實現的；

第四步，將該缸蓋的三維數模導入三坐標測量程序內，三坐標測頭采用掃描的方式，針對每一缸每個進氣門導管，在導管孔上中下三個截面掃描采集數據[3]，如圖3所示。根據圖紙描述，在三坐標測量程序內，構造進氣門導管孔軸線與缸蓋燃燒室側平面交點；

第五步，按照圖紙要求，經過計算，調整三坐標測頭，使測頭到達缸蓋座圈閥座測量位置。采用掃描方式，掃描角度大于360度，采集測量截面數據，以相應氣門導管孔軸線為基準，評價座圈閥座的跳動和圓度。

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

圖3 柔性支撐輔具

圖4 缸蓋調整至水平狀態

圖5 進氣側閥座測量

圖6 排氣側閥座測量

4 測量結果整理和比較

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=B*cos(C/2)，其中B為徑向跳動，C為座圈閥座錐角。

三坐標掃描柔性測量三次測量結果的比較，三坐標結果僅保留小數點后三位，第四位數字四舍五入，對比結果如表1所示。

表1 缸蓋座圈閥座跳動三坐標掃描測量結果

三坐標掃描柔性測量結果與專用檢具測量結果對比，如表2所示。

表2 兩種測量方法測量結果對比

經過對三坐標掃描方式三次重復測量結果的整理，我們可以認為這套三坐標柔性測量方法是可行的。在進一步和專用檢具測量結果比較，我們認為三坐標柔性測量結果是準確的。

表3 兩種測量方法測量結果對比

5 總結

發動機缸蓋座圈閥座加工精度對發動機整機性能影響很大，同時閥座的檢測數據對于項目研發也有重要用途。我們這套三坐標柔性測量閥座跳動和圓度的檢測方法，非常適合于研發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.三坐標觸測方向對測量精度影響的實驗研究[J].制造技術研究,2015(6):18-20.

[2] 高善平,韓晉.基于三坐標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.發動機缸孔圓柱度三坐標測量方法的探索[J].中國汽車工程學會年會論文集,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公司技術中心。研究方向：發動機質量控制。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.15.045