CN118789305B - 一种高精度分级定位龙门框架及机床 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高精度分级定位龙门框架及机床，包括立柱、横梁和分级定位装置，两个立柱均沿竖直方向延伸设置且两个立柱水平方向间隔一定距离，每一立柱上设有一个升降机构，横梁的两个端部分别通过两个升降机构驱动沿竖直方向升降，两个分级定位装置用于分别定位横梁的两个端部，分级定位装置包括定位条、定位块和伸缩驱动件，定位条固定在立柱上且沿竖直方向设置，多个定位块沿竖直方向排布且间隔一定距离依次固定在定位条上，伸缩驱动件包括第一底座和第一移动端，第一底座固定在横梁的端部，第一移动端能够相对于定位块前进或后退，使得第一移动端抵靠在定位块上或远离定位块。

Description

一种高精度分级定位龙门框架及机床

技术领域

本发明涉及龙门机床技术领域，具体涉及一种高精度分级定位龙门框架及机床。

背景技术

随着机械加工行业的发展，对机床加工精度及稳定性提出了更高的要求。龙门框架是龙门式机床的主要部件，龙门框架的精度和稳定性直接决定了机床的精度和稳定性。

针对重型龙门式机床，其龙门框架为大型、重型结构，首先其零件精度自身难以通过加工保证，其次由于传动机构的精度影响，导致龙门在不同加工状态的精度有所区别，最后受温度、材质、载荷影响，使龙门框架的精度产生实时浮动，导致龙门框架稳定性变差及机床加工质量变差。龙门框架的精度和稳定性的提升是一项传统难题，该难题直接制约着重型龙门式机床的高精度发展。因此，开发一种高精度分级定位龙门框架及机床具有重要的应用价值。

发明内容

根据现有技术的不足，本发明的目的是提供一种高精度分级定位龙门框架及机床，通过在立柱上设置分级定位装置，能够对沿立柱上下移动的横梁进行分级定位，提高龙门框架的精度。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种高精度分级定位龙门框架，包括：

两个立柱，两个所述立柱均沿竖直方向延伸设置且两个所述立柱水平方向间隔一定距离，每一所述立柱上设有一个升降机构；

横梁，所述横梁的两个端部分别通过两个升降机构驱动沿竖直方向升降；

两个分级定位装置，两个所述分级定位装置用于分别定位所述横梁的两个端部，所述分级定位装置所述包括定位条、定位块和伸缩驱动件，所述定位条固定在所述立柱上且沿竖直方向设置，多个所述定位块沿竖直方向排布且间隔一定距离依次固定在所述定位条上，所述伸缩驱动件包括第一底座和第一移动端，所述第一底座固定在所述横梁的端部，所述第一移动端能够相对于所述定位块前进或后退，使得所述第一移动端抵靠在所述定位块上或远离所述定位块。

进一步地，还包括连接梁，所述连接梁的两个端部分别固定在两个所述立柱上，所述立柱上设有双出轴电机，所述双出轴电机通过两根传动轴同步驱动两个升降机构运动。

进一步地，所述升降机构包括转动驱动件、丝杠和丝杠螺母，所述转动驱动件固定在所述立柱上，所述丝杠和所述转动驱动件的输出轴固定连接，所述丝杠螺母套设在所述丝杠且与所述横梁的端部固定。

进一步地，所述分级定位装置还包括连接套筒和螺母座，所述连接套筒包括自下而上固定连接的第一套筒和第二套筒，所述第一套筒套设在所述丝杠螺母上且与所述丝杠螺母固定连接，所述第二套筒套设在所述丝杠上且与所述丝杠滑动连接，所述螺母座套设在所述第二套筒上且与所述第二套筒滑动连接，所述螺母座与所述横梁的端部固定连接；

其中，所述第一套筒的顶部设有搁置面，所述搁置面用于搁置所述螺母座。

进一步地，所述丝杠螺母还包括保险螺母，所述保险螺母与所述连接套筒固定连接且套设在所述丝杠上，所述保险螺母设在所述丝杠螺母的下方。

进一步地，所述分级定位装置还包括识别传感器和编码块，多个所述编码块沿竖直方向间隔一定距离排布在所述定位条上，每一所述编码块设在一个所述定位块一侧，所述识别传感器固定在所述第一底座上用于识别所述编码块。

进一步地，还包括顶紧伸缩件和夹紧伸缩件，所述横梁上设有一个加工精度高于预设精度阈值的导向面，所述顶紧伸缩件包括第二底座和第二移动端，所述第二底座固定在所述横梁上，所述第二移动端抵靠在一个所述立柱上，该立柱上设有能够与所述导向面紧密贴合的贴面，两个所述立柱的两侧均设置多个所述夹紧伸缩件，所述夹紧伸缩件包括第三底座和第三移动端，所述第三底座固定在所述横梁上，所述第三移动端抵靠在所述立柱上。

进一步地，所述横梁上还设有扭力梁，所述扭力梁包括主梁和副梁，所述主梁的轴向方向与所述横梁的轴向方向平行，所述副梁与所述主梁固定设置，多组所述副梁沿所述主梁的轴向方向依次间隔一定距离设置，每组所述副梁包括两个相对于所述主梁对称设置的副梁，所述主梁与所述横梁间隔一定距离设置，所述主梁两端的两组所述副梁均与所述横梁固定设置，所述主梁中部的多组所述副梁和所述横梁之间均设有沿所述横梁的径向方向设置的推动件，所述推动件用于相对于所述副梁微调所述横梁的位置。

进一步地，还包括卸荷装置，所述卸荷装置包括卸荷螺母和卸荷伸缩件，所述卸荷螺母套设在所述丝杠上，所述卸荷伸缩件包括第四底座和第四伸缩件，第四底座固定在卸荷螺母上，所述第四伸缩件与所述横梁固定。

一种机床，包括上述的高精度分级定位龙门框架。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

本发明提供的一种高精度分级定位龙门框架及机床，通过两个升降机构带动横梁的两个端部同时运动，使横梁运动到指定高度后，第一移动端相对于定位块沿横梁轴向方向前进，使得第一移动端抵靠在定位块上，使横梁的重量施加于两个定位块上，进而将压力释放到两个立柱上，避免横梁的重量施加于升降装置，分级定位装置可以精准地将横梁搁置在指定的高度，使横梁具有很稳定的水平精度。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分。本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明龙门框架总体布局图。

图2为本发明横梁分级定位装置。

图3为本发明横梁背部结构示意图。

图4为本发明丝杠螺母设计图。

图5为本发明横梁分级运动流程图。

图6为本发明扭力梁设计图。

图7为本发明扭力梁精度修正方法示意图。

图8为本发明卸荷装置设计图。

图9为本发明横梁反变形曲线示意图。

图10为本发明立柱反变形曲线示意图。

其中，100、龙门框架主体结构；101、第一立柱；102、第二立柱；103、连接梁；104、横梁；1041、导向面；105、滑座；106、刀架；107、减速机；108、双出轴电机；109、传动轴；110、丝杠；111、丝杠螺母；

200、分级定位装置；201、定位条；202、定位块；203、伸缩驱动件；2031、第一底座；2032、第一移动端；204、连接套筒；2041、第一套筒；20411、搁置面；2042、第二套筒；205、螺母座；2051、第一润滑油孔；2052、第二润滑油孔；2053、润滑油管；2054、通孔；206、保险螺母；207、距离传感器；208、识别传感器；209、编码块；2010、光电传感器；

300、扭力梁；301、顶紧伸缩件；3011、第二底座；3012、第二移动端；302、夹紧伸缩件；3021、第三底座；3022、第三移动端；303、主梁；304、副梁；305、推动件；306、支撑脚；307、千分表；308、精密大理石角尺；309、滑枕；

400、卸荷装置；401、卸荷螺母；402、卸荷伸缩件；403、第四底座；404、第四伸缩件。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

实施例1

实施例1提供一种高精度分级定位龙门框架，用于龙门式的机床，本实施例提供的一种高精度分级定位龙门框架包括龙门框架主体结构100，如图1所示，龙门框架主体结构100包括两个立柱、设在两个立柱之间的横梁104及两个分级定位装置200，通过两个立柱和横梁104形成龙门框架的主体结构，横梁104的两个端部各通过一个分级定位装置200进行定位和支撑，准确调节横梁104的精度。

如图1所示，两个立柱均向竖直方向延伸且水平方向间隔一定距离设置，每一立柱上设有一个升降机构，两个立柱分别为第一立柱101和第二立柱102。

如图1所示，横梁104架设在第一立柱101和第二立柱102上，横梁104的两个端部分别通过两个升降机构驱动沿竖直方向升降，进而使横梁104可以做竖直方向上下升降运动来适用于不同高度的工件。滑座105置于横梁104上可以做水平方向左右进给运动，同时刀架106安装在滑座105上，用于工件的加工。

如图2所示，两个分级定位装置200用于分别定位横梁104的两个端部，分级定位装置200可以精准地将横梁104搁置在指定的高度，使横梁104具有很稳定的水平精度，分级定位装置200包括定位条201、定位块202和伸缩驱动件203，定位条201固定在立柱上且沿竖直方向设置，多个定位块202沿竖直方向排布且间隔一定距离依次固定在定位条201上，伸缩驱动件203包括第一底座2031和第一移动端2032，第一底座2031固定在横梁104的端部，第一移动端2032能够相对于定位块202沿横梁104轴向方向前进或后退，使得第一移动端2032抵靠在定位块202上或远离定位块202。

本实施例提供的一种高精度分级定位龙门框架，在使用过程中，通过两个升降机构带动横梁104的两个端部同时运动，使横梁104运动到指定高度后，第一移动端2032相对于定位块202沿横梁104轴向方向前进，使得第一移动端2032抵靠在定位块202上，使横梁104的重量施加于两个定位块202上，分级定位装置200可以精准地将横梁104搁置在指定的高度，使横梁104具有很稳定的水平精度。

本实施例中，如图2所示，为分级定位装置200的设计原理图。伸缩驱动件203为伸缩液压缸，伸缩液压缸包括伸缩油缸和插销，伸缩油缸为第一底座2031，插销为第一移动端2032，伸缩油缸安装在横梁104下侧，插销是伸缩油缸的活塞，可以做伸出缩回动作。定位条201用螺钉和销钉固定在第一立柱101和第二立柱102上，多个定位块202沿竖直方向设置且间隔一定距离依次固定在定位条201上，定位块202嵌在定位条201上。插销伸出时，横梁104可以通过伸缩油缸和插销搁置在定位块202上表面。通过打磨定位块上表面，可以精细控制定位块202上表面的高度尺寸，以此保证横梁104在第一立柱101和第二立柱102上的定位精度。

实施例2

实施例2提供的一种高精度分级定位龙门框架还包括连接梁103，如图1所示，连接梁103的两个端部分别固定在两个立柱上，具体地，本实施例中，连接梁103的两个端部分别固定在两个立柱的顶部，立柱上设有双出轴电机108，双出轴电机108通过两根相反设置的传动轴109同步驱动两个升降机构运动。

本实施例中，如图1所示，升降机构为丝杠螺母机构，升降机构包括转动驱动件、丝杠110和丝杠螺母111，丝杠110为滚珠丝杠或T型丝杠，转动驱动件固定在立柱上，丝杠110和转动驱动件的输出轴固定连接，丝杠螺母111套设在丝杠110且与横梁104的端部固定，转动驱动件为减速机107，减速机107不仅对传动轴109进行减速，且对传动轴109的运动方向进行转换，将传动轴109的水平旋转运动转换为竖直旋转运动，进而带动丝杠110竖直方向旋转，从而带动丝杠螺母111升降。

本实施例中，如图4所示，分级定位装置200还包括连接套筒204和螺母座205，丝杠螺母111套设在丝杠110上，丝杠螺母111能够相对于丝杠110上下滑动，连接套筒204包括自下而上固定连接的第一套筒2041和第二套筒2042，第一套筒2041套设在丝杠螺母111上且通过螺钉与丝杠螺母111固定连接，使得丝杠螺母111紧固在第一套筒2041内，丝杠螺母111和第一套筒2041之间没有相对运动，第二套筒2042的内径略大于丝杠110的直径，第二套筒2042套设在丝杠110上且与丝杠110滑动连接，螺母座205上设有通孔2054，通孔2054的直径略大于第二套筒2042的外径，螺母座205通过通孔2054套设在第二套筒2042上且与第二套筒2042滑动连接，螺母座205与横梁104的端部固定连接，第二套筒2042可在螺母座205内上下滑动，不能相对转动；

如图4所示，第一套筒2041的顶部设有搁置面20411，搁置面20411用于搁置螺母座205，具体地，第一套筒2041的外径大于第二套筒2042的外径，使得第一套筒2041和第二套筒2042相连处为阶梯状，第一套筒2041的顶面为搁置面20411。

使用过程中，当转动驱动件驱动丝杠110转动带动丝杠螺母111下降时，第一套筒2041和第二套筒2042随丝杠螺母111下降，由于重力作用，螺母座205会和横梁104随丝杠螺母111下降，下降过程中，螺母座205始终搁置在搁置面20411上，横梁104下降到指定高度时，第一移动端2032相对于定位块202沿横梁104轴向方向前进，使得第一移动端2032抵靠在定位块202上，横梁104的重量压到定位块202上，此时转动驱动件驱动丝杠110转动继续带动丝杠螺母111下降一定距离，第一套筒2041和第二套筒2042随丝杠螺母111下降，使得第二套筒2042相对于螺母座205移动一定距离，螺母座205与搁置面20411分开；

当转动驱动件驱动丝杠110转动带动丝杠螺母111上升时，第一套筒2041和第二套筒2042随丝杠螺母111上升，通过搁置面20411与螺母座205接触给螺母座205一定的压力，螺母座205会和横梁104随丝杠螺母111上升，上升过程中，螺母座205始终搁置在搁置面20411上，横梁104上升到指定高度时，第一移动端2032相对于定位块202沿横梁104轴向方向前进，使得第一移动端2032抵靠在定位块202上，横梁104的重量压到定位块202上，此时转动驱动件驱动丝杠110转动继续带动丝杠螺母111下降一定距离，第一套筒2041和第二套筒2042随丝杠螺母111下降，使得第二套筒2042相对于螺母座205移动一定距离，螺母座205与搁置面20411分开。

当螺母座205与搁置面20411分开后，此时丝杠110不再受力，横梁104的所有重量由定位块202支撑，横梁104与两个立柱的连接刚度和精度会更佳。

本实施例中，由于丝杠螺母111相对于丝杠110更加方便更换，因此丝杠螺母111的材质比丝杠110的材质软，使丝杠螺母111和丝杠110相对运动过程中，磨损的是丝杠螺母111，防止丝杠110被磨损，增加丝杠110的使用寿命，丝杠螺母111的材质可以为铜、铜铝合金等。

本实施例中，丝杠螺母111和第二套筒2042之间通过卡簧和/或键固定连接。

本实施例中，如图4所示，为了确保第二套筒2042和螺母座205以及第二套筒2042和丝杠110相对滑动，在螺母座205上设有第一润滑油孔2051、第二润滑油孔2052和润滑油管2053，第一润滑油孔2051设在螺纹座上用于通入润滑油，第二润滑油孔2052设在螺母座205内侧的第一通孔2054内，用于排出润滑油，第一润滑油孔2051和第二润滑油孔2052通过润滑油管2053相连，便于第二套筒2042和螺母座205以及第二套筒2042和丝杠110相对滑动，第二润滑油孔2052两侧设有密封圈，防止润滑油泄露。

如图4所示，分级定位装置200还包括保险螺母206，保险螺母206与连接套筒204固定连接且套设在丝杠110上，保险螺母206设在丝杠螺母111的下方，保险螺母206和连接套筒204不能相对转动但可相对滑动，保险螺母206可在丝杠螺母111失效时支撑横梁104的重量，起到保险作用。丝杠110同时拧入丝杠螺母111和保险螺母206。

如图4所示，保险螺母206和连接套筒204之间设有距离传感器207，用于获取保险螺母206和连接套筒204之间的距离。具体地，距离传感器207为激光传感器或红外线传感器，距离传感器207包括接收端和发射端，接受端和发射端分别设在保险螺母206和连接套筒204上且对应设置，或发射端和接受端分别设在保险螺母206和连接套筒204上且对应设置，当丝杠螺母111经使用磨损到一定程度后，距离传感器207会检测到距离变小得到磨损信息，进而会将磨损信息传输给数控系统，提示更换丝杠螺母111。

本实施例中，如图2所示，为了确保分级定位装置200可以精准地将横梁104搁置在指定的高度，如图所示，识别传感器208安装在第一底座2031底部，定位条201沿竖直方向排布有多个编码块209，编码块209记录着横梁104准确的位置信息，数控系统可以通过识别传感器208获取编码块209的位置信息，并判断横梁104分级运动后所处的位置。第一底座2031上布置有光电传感器2010，用于检测插销的伸出缩回动作。

具体地，在使用过程中，识别传感器208和编码块209通过直线编码器实现，直线编码器包括标尺、光电传感器和信号处理部分，识别传感器208为光电传感器，编码块209为标尺，光电传感器在每次分级运动时获取两次位置信息，光电传感器通过标尺识别到某一刻度后，控制插销伸出。插销伸出后，横梁104会下落搁置在定位块202上，光电传感器再次通过标尺将此时识别到的刻度反馈给数控系统。

另外，标尺也可以为光栅尺，能够提供更高的测量精度，此外，为了防止干扰和误差，直线编码器还会采用一些抗干扰补偿、校准等技术和方法。

另外，数控系统获取编码块209的位置信息后，可以对刀架106进行低头补偿，该补偿是可以根据横梁104上下不同的位置有所区分的，进一步提高龙门框架的整体精度。低头补偿是数控系统的自带精度补偿功能。当滑座105在横梁104上做左右运动时，理论上滑座105(包括刀架106、滑枕309)竖直方向上的位置是不变的。但由于横梁104绝对不是完美的直线，是凹凸不平的，滑座105在横梁104上的轨迹是“上上下下”的，这些“上上下下”就会影响加工精度。低头补偿简单来说，就是在滑座105“下”的时候给滑枕309一个回缩的指令，使滑枕309最下方运动的轨迹尽量趋于一条完美的直线。

实施例3

实施例3提供的一种高精度分级定位龙门框架还包括连接梁103还包括扭力梁300，如图3所示，为横梁104背部结构示意视图。扭力梁300安装在横梁104背面。为保证横梁104和两个立柱的连接刚度，横梁104上还设有顶紧伸缩件301和夹紧伸缩件302，横梁104上设有一个加工精度高于预设精度阈值的导向面1041，使得导向面1041的精度非常高，顶紧伸缩件301包括第二底座3011和第二移动端3012，第二底座3011固定在横梁104上，第二移动端3012抵靠在一个立柱上，该立柱上设有能够与导向面1041紧密贴合的贴面，两个立柱的两侧均设置多个夹紧伸缩件302，夹紧伸缩件302包括第三底座3021和第三移动端3022，第三底座3021固定在横梁104上，第三移动端3022抵靠在立柱上。

具体地，本实施例中，顶紧伸缩件301为顶紧液压缸，第二底座3011为顶紧油缸，第二移动端3012为顶紧活塞，夹紧伸缩件302为夹紧油缸，第二移动端3012为夹紧活塞。

使用过程中，在横梁104上下升降运动到指定位置后，顶紧活塞会顶住第一立柱101，让导向面1041与第一立柱101紧密贴合在一起，贴合完毕后横梁104背部的多个夹紧油缸会同时夹紧第一立柱101和第二立柱102。此时，通过夹紧伸缩件302、分级定位装置200、顶紧伸缩件301，使横梁104分别与第一立柱101和第二立柱102在前后方向、上下方向、左右方向均紧密连接且定位准确，整体精度和刚度很好。

如图5所示，为横梁104分级运动流程图，横梁分级运动完毕，到达初始状态：顶紧伸缩件顶紧和夹紧伸缩件对两个立柱进行夹紧，连接套筒和螺母座脱开，横梁完全搁置在定位块上。横梁分级运动具体包括以下步骤：

步骤1：数控系统发出横梁升降动作指令，顶紧伸缩件、夹紧伸缩件同时放松；

步骤2：顶紧伸缩件、夹紧伸缩件压力到位后，丝杠转动，连接套筒和螺母座贴合；

步骤3：光电传感器到位，横梁微升一定距离(10mm到20mm)，离开定位块；

步骤4：识别传感器到位，伸缩驱动件中的第一移动端缩回；

步骤5：光电传感器到位，横梁按指令升降到指定位置为止；

步骤6：识别传感器到位，伸缩驱动件中的第一移动端伸出；

步骤7：光电传感器到位，横梁微降一定距离(10mm到20mm)，接触定位块；

步骤8：识别传感器到位，丝杠转动，连接套筒和螺母座脱开，横梁完全搁置在定位块上；

步骤9：光电传感器到位，丝杠停转；

步骤10：顶紧伸缩件顶紧；

步骤11：延时一定时间，夹紧伸缩件夹紧两个立柱；

步骤12：顶紧伸缩件、夹紧伸缩件压力到位，横梁分级运动完毕，到达初始状态：顶紧伸缩件顶紧、夹紧伸缩件夹紧、连接套筒和螺母座脱开，横梁完全搁置在定位块上。

本实施例中，如图6(a)-6(c)所示，扭力梁300包括主梁303和副梁304，扭力梁300是由主梁303、副梁304、支撑脚306焊接而成的高刚性结构件，主梁303的轴向方向与横梁104的轴向方向平行，副梁304与主梁303固定设置，多组副梁304沿主梁303的轴向方向依次间隔一定距离设置，每组副梁304包括两个相对于主梁303对称设置的副梁304，主梁303与横梁104间隔一定距离设置，主梁303两端的两组副梁304均与横梁104固定设置，主梁303中部的多组副梁304和横梁104之间均设有沿横梁104的径向方向设置的推动件305，推动件305用于相对于副梁304微调横梁104的位置。推动件305给横梁104施加推力或者拉力，使之产生微量变形来修正导轨面的精度，保证横梁104的高精度运行。激光跟踪仪可监测推动件305活塞基准点的相对位置和位移，用于精度修正和监控。推动件305为伺服油缸，出于成本考虑，可以替换成螺钉和顶丝结构，则需手动进行精度修正。

通过设置扭力梁300，可以细致地调整横梁104的姿态，并使横梁104保持该姿态进一步提高龙门框架的精度和刚性。

为扭力梁300度修正方法示意图。由于受温度、载荷、材料等因素的影响，高精度机床往往会存在精度实时浮动的现象，影响加工质量，因此对高精度机床进行精度修正是非常有必要的。

具体地，如图7所示，横梁104上设有滑座105，滑座105上固定有刀架106，刀架106上设有滑枕309，精密大理石角尺308按机床基准找正，再将千分表307吸附在刀架106的滑枕309上。滑枕309上下运动，记录此时千分表307的读数趋势t1。改变滑座105在横梁104左右方向的位置，再进行上述操作，记录数据t2、t3、...、tn。此后，通过扭力梁300进行精度修正，需满足条件：①t1-tn读数趋势一致；②滑座105在横梁104上运动的直线度满足精度要求。满足上述条件后，横梁104精度修正完成。

如图8所示，为卸荷装置400设计图。横梁104上设置刀架106的部分相较于横梁104其他地方较重，受重力影响，会影响刀架106的精度，因此本实施例设置有卸荷装置400，用于将横梁104上刀架106位置的部分载荷传递到离刀架106较近的立柱上，因此卸荷装置400设在靠近刀架106的立柱上，卸荷装置400安装在丝杠110上，通过丝杠110承载载荷，卸荷装置400包括卸荷螺母401和卸荷伸缩件402，卸荷螺母401套设在丝杠110上，卸荷伸缩件402包括第四底座403和第四伸缩件404，第四底座403固定在卸荷螺母401上，第四伸缩件404与横梁104固定。

具体地，卸荷伸缩件402为液压伸缩件，卸荷伸缩件402包括卸荷油缸和卸荷活塞，第四底座403为卸荷油缸，第四伸缩件404为卸荷活塞，卸荷活塞和横梁104连接。卸荷装置400的工作原理是：横梁104上靠近刀架106的位置的部分载荷通过卸荷油缸和卸荷活塞传递到丝杠110上。并且卸荷油缸中液压油压力的大小根据滑座105在横梁104的位置变化而变化，始终卸掉横梁104上靠近刀架106的位置增加的载荷，保证横梁104施加给靠近刀架106的立柱上的定位块202的载荷恒定，减小定位块202的变形量，增加横梁104精度的稳定性。

通过设置卸荷装置400，用于平衡刀架106左右运动的变化载荷而减小不均匀变形，进一步提高龙门框架的精度。

如图9所示，为横梁104反变形曲线示意图。为了限制刀架106的运动方向，横梁104上设有导轨面，刀架106沿导轨面移动，利用有限元仿真分析和相关经验数据，为保证横梁104的工作精度，横梁104在加工时，在上下、前后两个方向给予适当的反变形量。

如图10所示，为立柱反变形曲线示意图。利用有限元仿真分析和相关经验数据，为保证第一立柱101和第二立柱102的工作精度，第一立柱101和第二立柱102在加工时，在前后方向给予适当的反变形量。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种高精度分级定位龙门框架，其特征在于，包括：

两个立柱，两个所述立柱均沿竖直方向延伸设置且两个所述立柱水平方向间隔一定距离，每一所述立柱上设有一个升降机构；

横梁，所述横梁的两个端部分别通过两个升降机构驱动沿竖直方向升降；

两个分级定位装置，两个所述分级定位装置用于分别定位所述横梁的两个端部，所述分级定位装置包括定位条、定位块和伸缩驱动件，所述定位条固定在所述立柱上且沿竖直方向设置，多个所述定位块沿竖直方向排布且间隔一定距离依次固定在所述定位条上，所述伸缩驱动件包括第一底座和第一移动端，所述第一底座固定在所述横梁的端部，所述第一移动端能够相对于所述定位块前进或后退，使得所述第一移动端抵靠在所述定位块上或远离所述定位块；

所述分级定位装置还包括连接套筒和螺母座，所述连接套筒包括自下而上固定连接的第一套筒和第二套筒，所述第一套筒套设在丝杠螺母上且与所述丝杠螺母固定连接，所述第二套筒套设在丝杠上且与所述丝杠滑动连接，所述螺母座套设在所述第二套筒上且与所述第二套筒滑动连接，所述螺母座与所述横梁的端部固定连接；

其中，所述第一套筒的顶部设有搁置面，所述搁置面用于搁置所述螺母座；

还包括顶紧伸缩件和夹紧伸缩件，所述横梁上设有一个加工精度高于预设精度阈值的导向面，所述顶紧伸缩件包括第二底座和第二移动端，所述第二底座固定在所述横梁上，所述第二移动端抵靠在一个所述立柱上，该立柱上设有能够与所述导向面紧密贴合的贴面，两个所述立柱的两侧均设置多个所述夹紧伸缩件，所述夹紧伸缩件包括第三底座和第三移动端，所述第三底座固定在所述横梁上，所述第三移动端抵靠在所述立柱上；

所述横梁上还设有扭力梁，所述扭力梁包括主梁和副梁，所述主梁的轴向方向与所述横梁的轴向方向平行，所述副梁与所述主梁固定设置，多组所述副梁沿所述主梁的轴向方向依次间隔一定距离设置，每组所述副梁包括两个相对于所述主梁对称设置的副梁，所述主梁与所述横梁间隔一定距离设置，所述主梁两端的两组所述副梁均与所述横梁固定设置，所述主梁中部的多组所述副梁和所述横梁之间均设有沿所述横梁的径向方向设置的推动件，所述推动件用于相对于所述副梁微调所述横梁的位置；推动件给横梁施加推力或者拉力，使之产生微量变形来修正导轨面的精度，保证横梁的高精度运行；激光跟踪仪可监测推动件活塞基准点的相对位置和位移，用于精度修正和监控；

横梁分级运动完毕，到达初始状态，顶紧伸缩件顶紧和夹紧伸缩件对两个立柱进行夹紧，连接套筒和螺母座脱开，横梁完全搁置在定位块上；

还包括卸荷装置，所述卸荷装置包括卸荷螺母和卸荷伸缩件，所述卸荷螺母套设在所述丝杠上，所述卸荷伸缩件包括第四底座和第四伸缩件，第四底座固定在卸荷螺母上，所述第四伸缩件与所述横梁固定；

横梁上靠近刀架的位置的部分载荷通过卸荷油缸和卸荷活塞传递到丝杠上；并且卸荷油缸中液压油压力的大小根据滑座在横梁的位置变化而变化，始终卸掉横梁上靠近刀架的位置增加的载荷，保证横梁施加给靠近刀架的立柱上的定位块的载荷恒定，减小定位块的变形量，增加横梁精度的稳定性。

2.根据权利要求1所述的高精度分级定位龙门框架，其特征在于：

还包括连接梁，所述连接梁的两个端部分别固定在两个所述立柱上，所述立柱上设有双出轴电机，所述双出轴电机通过两根传动轴同步驱动两个升降机构运动。

3.根据权利要求1所述的高精度分级定位龙门框架，其特征在于：

所述升降机构包括转动驱动件、丝杠和丝杠螺母，所述转动驱动件固定在所述立柱上，所述丝杠和所述转动驱动件的输出轴固定连接，所述丝杠螺母套设在所述丝杠且与所述横梁的端部固定。

4.根据权利要求1所述的高精度分级定位龙门框架，其特征在于：

所述丝杠螺母还包括保险螺母，所述保险螺母与所述连接套筒固定连接且套设在所述丝杠上，所述保险螺母设在所述丝杠螺母的下方。

5.根据权利要求1所述的高精度分级定位龙门框架，其特征在于：

所述分级定位装置还包括识别传感器和编码块，多个所述编码块沿竖直方向间隔一定距离排布在所述定位条上，每一所述编码块设在一个所述定位块一侧，所述识别传感器固定在所述第一底座上用于识别所述编码块。

6.一种机床，其特征在于，包括权利要求1-5任一项所述的高精度分级定位龙门框架。