發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋氣門座圈閥座三坐標(biāo)柔性測(cè)量方法

董劍，代曉旭，李倩，王超，王海波，殷云飛

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

發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋氣門座圈閥座三坐標(biāo)柔性測(cè)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(guó)第一汽車集團(tuán)公司技術(shù)中心，吉林 長(zhǎng)春 130011；2. 一汽轎車股份有限公司，吉林 長(zhǎng)春 130012）

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

座圈閥座；跳動(dòng)；三坐標(biāo)；柔性測(cè)量

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

引言

發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋座圈閥座的加工質(zhì)量對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)性能影響巨大。目前，發(fā)動(dòng)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(dòng)測(cè)量非常困難。

1 問(wèn)題的提出

目前，專業(yè)生產(chǎn)廠普遍采用專用檢具檢測(cè)座圈閥座跳動(dòng)。對(duì)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(cè)不現(xiàn)實(shí)，并且加工過(guò)程采用的簡(jiǎn)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(dòng)的測(cè)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(cè)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(cè)量方法對(duì)同一缸蓋進(jìn)排氣全部座圈閥座跳動(dòng)進(jìn)行測(cè)量，比較二者的測(cè)量結(jié)果，驗(yàn)證我們這套三坐標(biāo)柔性測(cè)量方法測(cè)量精度不低于專用檢具。

2 專用檢具測(cè)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(tái)能實(shí)現(xiàn)左右兩個(gè)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(duì)應(yīng)。用于顯示測(cè)量數(shù)值的表頭為百分表，量程為0-3MM。

2.2 檢具測(cè)量過(guò)程簡(jiǎn)述

以測(cè)量排氣側(cè)座圈跳動(dòng)為例。測(cè)量過(guò)程如下：

第一步，將缸蓋固定在檢具上，轉(zhuǎn)動(dòng)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(cè)量桿，避免測(cè)量桿自身的重量對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生干擾；

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

最后，勻速轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)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(gè)排氣門座圈閥座跳動(dòng)的測(cè)量。

圖1 專用檢具測(cè)量操作

圖2 檢具測(cè)量結(jié)果讀取

2.3 專用檢具優(yōu)勢(shì)與劣勢(shì)

專用檢具測(cè)量操作簡(jiǎn)單，方便快捷，測(cè)量精度在可接受范圍內(nèi)。但由于檢具的唯一性，對(duì)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(dòng)機(jī)整機(jī)項(xiàng)目試制周期。同時(shí)，現(xiàn)階段發(fā)動(dòng)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(shì)，這對(duì)于氣門座圈跳動(dòng)測(cè)量檢具的設(shè)計(jì)又提出了新的難題。

3 三坐標(biāo)柔性測(cè)量

3.1 三坐標(biāo)選取

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

3.2 檢測(cè)方法介紹

我們選取的三坐標(biāo)掃描測(cè)頭標(biāo)定角度間隔為7.5度，為實(shí)現(xiàn)多種試制缸蓋座圈閥座的測(cè)量工作。我們利用簡(jiǎn)單常見(jiàn)的萬(wàn)能測(cè)量工具，組成一套柔性的缸蓋測(cè)量支撐輔具，可實(shí)現(xiàn)缸蓋轉(zhuǎn)動(dòng)角度可調(diào)。這套柔性支撐輔具由一臺(tái)數(shù)字角度測(cè)量?jī)x和四個(gè)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(shí)現(xiàn)我們現(xiàn)階段多款試制缸蓋座圈閥座的測(cè)量。并且測(cè)量?jī)?nèi)容不僅局限于氣門座圈閥座的跳動(dòng)，還可以實(shí)現(xiàn)閥座圓度的測(cè)量。

3.3 測(cè)量過(guò)程簡(jiǎn)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(cè)量為例，詳細(xì)介紹這套柔性測(cè)量方法的測(cè)量過(guò)程。

第一步，用四個(gè)可調(diào)節(jié)高度的頂尖將缸蓋支撐起來(lái)，用數(shù)字角度測(cè)量?jī)x測(cè)量缸蓋燃燒室側(cè)平面傾斜角度。通過(guò)調(diào)節(jié)四個(gè)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(tái)平面水平，如圖3.2所示；

第二步，三坐標(biāo)測(cè)頭在缸蓋燃燒室側(cè)平面上，分散采集16個(gè)點(diǎn)，采集點(diǎn)時(shí)保證測(cè)頭與平面垂直[1]。構(gòu)造一個(gè)平面，評(píng)價(jià)這個(gè)面的平面度，測(cè)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(cè)頭可調(diào)整的角度間隔為7.5度。我們選擇將三坐標(biāo)測(cè)頭調(diào)整至工作臺(tái)平面成22.5度。這時(shí)為保證三坐標(biāo)測(cè)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(cè)量工作臺(tái)成3度（實(shí)際角度儀讀數(shù)為2.97度）。這3度調(diào)節(jié)是通過(guò)調(diào)高缸蓋下方一側(cè)兩個(gè)頂尖實(shí)現(xiàn)的；

第四步，將該缸蓋的三維數(shù)模導(dǎo)入三坐標(biāo)測(cè)量程序內(nèi)，三坐標(biāo)測(cè)頭采用掃描的方式，針對(duì)每一缸每個(gè)進(jìn)氣門導(dǎo)管，在導(dǎo)管孔上中下三個(gè)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(cè)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?qǐng)D紙要求，經(jīng)過(guò)計(jì)算，調(diào)整三坐標(biāo)測(cè)頭，使測(cè)頭到達(dá)缸蓋座圈閥座測(cè)量位置。采用掃描方式，掃描角度大于360度，采集測(cè)量截面數(shù)據(jù)，以相應(yīng)氣門導(dǎo)管孔軸線為基準(zhǔn)，評(píng)價(jià)座圈閥座的跳動(dòng)和圓度。

以此類推，重復(fù)以上的后三個(gè)測(cè)量步驟，完成其他進(jìn)氣門座圈閥座的測(cè)量工作，其中每一個(gè)座圈閥座掃描重復(fù)進(jìn)行三次，以用于判斷這套測(cè)量方法的穩(wěn)定性。排氣門座圈閥座的測(cè)量與進(jìn)氣側(cè)類似，區(qū)別在于三坐標(biāo)測(cè)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(cè)量

圖6 排氣側(cè)閥座測(cè)量

4 測(cè)量結(jié)果整理和比較

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

三坐標(biāo)掃描柔性測(cè)量三次測(cè)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(duì)比結(jié)果如表1所示。

表1 缸蓋座圈閥座跳動(dòng)三坐標(biāo)掃描測(cè)量結(jié)果

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

表2 兩種測(cè)量方法測(cè)量結(jié)果對(duì)比

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

表3 兩種測(cè)量方法測(cè)量結(jié)果對(duì)比

5 總結(jié)

發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋座圈閥座加工精度對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)性能影響很大，同時(shí)閥座的檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)于項(xiàng)目研發(fā)也有重要用途。我們這套三坐標(biāo)柔性測(cè)量閥座跳動(dòng)和圓度的檢測(cè)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(cè)工作。

[1] 郭國(guó),韓晉,呂君,穆菁,郭林,李林陽(yáng).三坐標(biāo)觸測(cè)方向?qū)y(cè)量精度影響的實(shí)驗(yàn)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(cè)量圓度誤差測(cè)量的精度分析[J].實(shí)驗(yàn)研究,2014:27-28.

[3] 葉宗茂.發(fā)動(dòng)機(jī)缸孔圓柱度三坐標(biāo)測(cè)量方法的探索[J].中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)年會(huì)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(guó)第一汽車集團(tuán)公司技術(shù)中心。研究方向：發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量控制。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.15.045