數(shù)控彎管機(jī)專利技術(shù)綜述

王曉群 吳姣姣（國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作河南中心，河南鄭州450000）

數(shù)控彎管機(jī)專利技術(shù)綜述

王曉群 吳姣姣
（國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作河南中心，河南鄭州450000）

本文通過檢索、統(tǒng)計(jì)、分析數(shù)控彎管機(jī)、數(shù)控彎管機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的全球和中國專利申請(qǐng)，獲得了數(shù)控彎管機(jī)及其執(zhí)行機(jī)構(gòu)的申請(qǐng)量趨勢(shì)、主要技術(shù)分布，并對(duì)其執(zhí)行機(jī)構(gòu)的全球與中國專利在申請(qǐng)量和主要技術(shù)分布方面進(jìn)行了對(duì)比，同時(shí)梳理出幾種關(guān)鍵技術(shù)的重點(diǎn)專利申請(qǐng)，為研究工作提供了一定的參考和借鑒。

數(shù)控彎管機(jī)；專利分布；執(zhí)行機(jī)構(gòu)；申請(qǐng)量趨勢(shì)

1 引言

圖1 數(shù)控彎管機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖［8］

數(shù)控彎管工藝是傳統(tǒng)彎管工藝結(jié)合機(jī)床工業(yè)和數(shù)控技術(shù)而發(fā)展起來的一種新工藝［1-3］，數(shù)控彎管機(jī)是一種基于矢量彎管原理，按程序通過數(shù)字控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)復(fù)雜空間立體管件的先進(jìn)彎曲加工設(shè)備［4］，其執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要包括夾緊彎曲機(jī)構(gòu)和管材送進(jìn)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。隨著微機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，現(xiàn)在的數(shù)控彎管機(jī)一般都采用微機(jī)控制，故也稱為CNC（Computer Numerical Control）系列的彎管機(jī)。圖1和圖2分別為數(shù)控彎管機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖和工作原理圖。數(shù)控彎管機(jī)由于具有能夠精確、高效、低耗地制造輕量化、強(qiáng)韌化彎管零件等優(yōu)勢(shì)而得以在航空、航天以及汽車領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用［5-7］。近年來，隨著產(chǎn)品彎曲精度要求的日益提高，彎曲成型的要求逐漸增加，對(duì)數(shù)控彎管機(jī)的相關(guān)研究已成為行業(yè)內(nèi)的焦點(diǎn)。數(shù)控彎管機(jī)通常由控制系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)三部分組成。其中執(zhí)行系統(tǒng)包括由模具、模芯等構(gòu)成的成型系統(tǒng)，由加熱裝置、夾持裝置和上下料裝置等構(gòu)成的輔助系統(tǒng)。本文以數(shù)控彎管機(jī)的全球?qū)＠暾?qǐng)和中國專利申請(qǐng)為分析對(duì)象，對(duì)該行業(yè)的專利技術(shù)進(jìn)行研究，梳理各種關(guān)鍵技術(shù)的重點(diǎn)專利申請(qǐng)，對(duì)數(shù)控彎管機(jī)的彎管技術(shù)進(jìn)行具體方向性的研究。

2 專利申請(qǐng)現(xiàn)狀

圖2 數(shù)控彎管機(jī)工作原理圖［3］

圖3 數(shù)控彎管機(jī)全球?qū)＠暾?qǐng)的年度申請(qǐng)量趨勢(shì)

圖4 數(shù)控彎管機(jī)全球申請(qǐng)量趨勢(shì)與中國專利申請(qǐng)量趨勢(shì)對(duì)比

本文以中國專利文獻(xiàn)檢索系統(tǒng)（CNABS）和德溫特世界專利索引數(shù)據(jù)庫（DWPI）為依據(jù)進(jìn)行了數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，檢索采用分類號(hào)和關(guān)鍵詞相結(jié)合的方式進(jìn)行。中國和全球?qū)＠麛?shù)據(jù)庫的檢索數(shù)據(jù)期限為截止至2015年12月31日申請(qǐng)的專利文獻(xiàn)數(shù)據(jù)。

2.1 數(shù)控彎管機(jī)全球?qū)＠暾?qǐng)趨勢(shì)及主要技術(shù)分布

圖3示出了數(shù)控彎管機(jī)全球?qū)＠暾?qǐng)的年度申請(qǐng)量趨勢(shì)。自20世紀(jì)60年代出現(xiàn)第一臺(tái)數(shù)控彎管機(jī)后，有關(guān)數(shù)控彎管機(jī)的專利申請(qǐng)量比較平穩(wěn)，直至2006年左右全球申請(qǐng)量明顯增長，由于受到全球經(jīng)濟(jì)危機(jī)的影響在2008年申請(qǐng)量出現(xiàn)突降，2010年以后繼續(xù)呈現(xiàn)迅速增長趨勢(shì)。

圖4為數(shù)控彎管機(jī)全球申請(qǐng)量趨勢(shì)與中國專利申請(qǐng)量趨勢(shì)對(duì)比，可以看出2002年之前國內(nèi)沒有關(guān)于數(shù)控彎管機(jī)方面的申請(qǐng)，相關(guān)申請(qǐng)主要集中在國外。在此之前，國內(nèi)的數(shù)控彎管機(jī)主要依賴于進(jìn)口。在2002年之后，國內(nèi)申請(qǐng)人開始嘗試自主研發(fā)，國內(nèi)申請(qǐng)量劇增。

檢索發(fā)現(xiàn)，數(shù)控彎管機(jī)在彎管領(lǐng)域中的專利申請(qǐng)主要集中在執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制、管件加工應(yīng)用和傳動(dòng)系統(tǒng)，如圖5所示。其中，傳動(dòng)系統(tǒng)的專利申請(qǐng)僅占4%，管件加工應(yīng)用和控制方面的專利申請(qǐng)分別占全球申請(qǐng)量的21%和26%，而執(zhí)行機(jī)構(gòu)的專利申請(qǐng)占49%，幾乎接近全球?qū)＠暾?qǐng)量的一半。由此可見，執(zhí)行機(jī)構(gòu)為當(dāng)今數(shù)控彎管機(jī)領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn)。

2.2 數(shù)控彎管機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)全球?qū)＠暾?qǐng)、中國專利申請(qǐng)的趨勢(shì)及主要技術(shù)分布

圖6示出了數(shù)控彎管機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在全球與中國專利申請(qǐng)技術(shù)分支分布情況，從成型機(jī)構(gòu)（模具和芯棒）、輔助機(jī)構(gòu)（上下料、夾持、檢測(cè)、加熱）和彎機(jī)結(jié)構(gòu)這三個(gè)分支來看，中國的申請(qǐng)量均大于國外申請(qǐng)量，這與中國近年來在彎管技術(shù)的發(fā)展技術(shù)逐漸成熟有一定關(guān)系。中國和國外在輔助機(jī)構(gòu)（上下料、夾持、檢測(cè)、加熱）和彎機(jī)結(jié)構(gòu)方面的專利申請(qǐng)均最多，尤其是涉及輔助機(jī)構(gòu)（上下料、夾持、檢測(cè)、加熱）的最多。

圖5 數(shù)控彎管機(jī)全球?qū)＠暾?qǐng)技術(shù)分支比例分布圖

圖6 數(shù)控彎管機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的全球與中國專利申請(qǐng)技術(shù)分支分布

3 數(shù)控彎管機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)及其發(fā)展?fàn)顩r

根據(jù)數(shù)控彎管機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)領(lǐng)域的技術(shù)細(xì)分，對(duì)目前幾種關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了梳理，并對(duì)重點(diǎn)專利申請(qǐng)及技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行分析。

3.1 成型機(jī)構(gòu)（模具和芯棒）作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的部分

將成型機(jī)構(gòu)（模具和芯棒）作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的部分是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)之一。早期多為國外申請(qǐng)，如，日本專利申請(qǐng)JPH11314118A提供了一種數(shù)控彎管機(jī)中的彎曲模裝置，通過設(shè)置可旋轉(zhuǎn)的固定模具、在彎曲過程中支撐管并使管旋轉(zhuǎn)的壓力模具和對(duì)管在壓力模具中進(jìn)行導(dǎo)向的導(dǎo)向部件，并利用控制系統(tǒng)對(duì)模具和管的位置進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)大截面管的多曲率連續(xù)彎曲。

至2010年中國申請(qǐng)數(shù)量開始穩(wěn)步增長，尤其是在加工不同管件的模具適應(yīng)性結(jié)構(gòu)改進(jìn)方面。專利申請(qǐng)CN102886441A提供了一種全自動(dòng)數(shù)控液壓彎管機(jī)中的彎曲模裝置，該模具通過在輪模中設(shè)置內(nèi)腔，內(nèi)腔中設(shè)置活塞，活塞桿活動(dòng)穿過缸蓋后與上拼塊固定連接，在輪模上固定有與上拼塊相配合的燕尾塊，在活塞桿的推動(dòng)下上拼塊能沿著燕尾塊滑動(dòng)，在輪模上還固定安裝有下拼塊，下拼塊位于上拼塊的下方、并與上拼塊配合后能夾持管件，這樣在彎管工作時(shí)，通過內(nèi)置式油缸驅(qū)動(dòng)上拼塊來回運(yùn)動(dòng)，既能夾緊管件，又能使管件進(jìn)行脫模、并作傾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因而能適用以彎曲盤管，提高了彎曲模具的適用性。

隨著技術(shù)的發(fā)展，人們更希望通過數(shù)彎管技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化精確控制彎管成型，2015年，專利申請(qǐng)CN105057420A提供了一種多彎彎管精確彎制裝置，該裝置通過在設(shè)計(jì)成型模具時(shí)考慮彎管的回彈變形，然后對(duì)成型模具的彎曲半徑加以回彈修正，解決了管子彎曲回彈變形后的尺寸與產(chǎn)品尺寸不符的問題，采用實(shí)驗(yàn)方法計(jì)算系數(shù)P—比例回彈率、F—固定回彈率，即在所使用的數(shù)控彎管機(jī)上對(duì)原材料管子做兩個(gè)不同彎曲角度的彎頭，記錄彎管機(jī)彎曲的實(shí)際角度C1、C2，并測(cè)量對(duì)應(yīng)的回彈角度Δ1、Δ2，將測(cè)得的數(shù)值代入公式計(jì)算出P、F，從而提高了產(chǎn)品的成型效率及原材料利用率，并提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)效益。

3.2 彎機(jī)結(jié)構(gòu)

該技術(shù)分支是申請(qǐng)量較大的一個(gè)分支。彎機(jī)整體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化能夠大大提高彎管的質(zhì)量和效率，因此成為近年來的研究熱點(diǎn)。

CN101049618A公開了一種小R彎管的加工方法及其裝置，其主要針對(duì)彎管的橢圓度和彎曲段的飽滿度等問題，通過增加設(shè)置整套與工件尺寸相符的成形彎管模具及芯軸以及合理設(shè)置靠模、彎管模、頂推小車等，使整個(gè)裝置結(jié)構(gòu)合理、操作方便。CN204276595U公開了一種三維數(shù)控液壓彎管機(jī)用型材彎管機(jī)構(gòu)，通過在運(yùn)行軌道上增加滾動(dòng)支座，將滑動(dòng)摩擦改為滾動(dòng)摩擦，解決了鋁型材表面劃傷問題。

隨著彎管質(zhì)量的逐步提高，研究的重點(diǎn)逐漸轉(zhuǎn)移到如何簡化彎管機(jī)結(jié)構(gòu)，方便操作，降低成本和提高工作效率上。CN201855856U公開了一種金屬薄管抗皺彎曲加工裝置，通過設(shè)置防皺部件等，解決了彎管起皺和壓扁率等問題，并且能夠一次裝夾滿足長2.5m以內(nèi)的多個(gè)不同等R角、不同位置的金屬薄管折彎，提高工作效率。CN202779316U公開了一種數(shù)控彎管機(jī)，通過同時(shí)設(shè)置左彎機(jī)頭、右彎機(jī)頭，可根據(jù)彎管需要靈活使用左彎機(jī)頭和右彎機(jī)頭，提高了工作效率。CN203711548U公開了一種管材彎曲成型設(shè)備，將上料、彎曲、切割、收集等一體化，提高了工作效率。

3.3 輔助機(jī)構(gòu)

由加熱裝置、夾持裝置和上下料裝置等構(gòu)成的輔助機(jī)構(gòu)對(duì)彎管的質(zhì)量有較大影響。該技術(shù)分支是申請(qǐng)量較大的一個(gè)分支。而在輔助機(jī)構(gòu)中送料裝置作為彎管機(jī)的重要部分在提高其加工精度上有著至關(guān)重要的作用。目前關(guān)于數(shù)控彎管機(jī)送料裝置的專利申請(qǐng)較多。

CN202411271U公開了一種數(shù)控立體彎管機(jī)的送料小車機(jī)構(gòu)，采用蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)傳動(dòng)，提高了送料精度，并且制造成本低，設(shè)備維修簡單。CN202411264U公開了一種自動(dòng)上料機(jī)，能夠?qū)⒍块L度的單根銅管送入數(shù)控彎管機(jī)的夾頭內(nèi)，并自動(dòng)復(fù)位，等待銅管完好后自動(dòng)取出，實(shí)現(xiàn)數(shù)控彎管機(jī)的自動(dòng)化生產(chǎn)。CN202752480U公開了一種全自動(dòng)數(shù)控液壓彎管機(jī)中的送料夾持裝置，其可以夾持不同截面形狀的工件，具備高精度及低成本的性價(jià)比優(yōu)勢(shì)。CN204321014U公開了一種彎管機(jī)送料機(jī)構(gòu)，通過結(jié)構(gòu)與PLC控制器的結(jié)合，使其在負(fù)載較大的情況下依然可以保持高精度，高效率，且能完成多模送料。

通過對(duì)數(shù)控彎管機(jī)技術(shù)在國內(nèi)外的專利申請(qǐng)的申請(qǐng)量趨勢(shì)、主要技術(shù)分布和技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r的研究，得出了上述專利申請(qǐng)?jiān)趥鲃?dòng)系統(tǒng)、管件加工應(yīng)用、控制和執(zhí)行機(jī)構(gòu)方面的分布情況，其中執(zhí)行機(jī)構(gòu)的專利申請(qǐng)占比49%，對(duì)其進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，在涉及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的專利申請(qǐng)中，輔助機(jī)構(gòu)（上下料、夾持、檢測(cè)、加熱）和彎機(jī)結(jié)構(gòu)方面的專利申請(qǐng)居多，占比分別為42%和37%。以上專利申請(qǐng)數(shù)據(jù)的分析為研究工作提供了一定的參考和借鑒。

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Review on patent technology of CNC tube bendingmachine

Wang Xiaoqun Wu Jiaojiao
（PatentExamination Cooperation Henan Centerof the PatentOffice,SIPO,Zhengzhou 450000,Henan,China）

By retrieving,computing and analyzing the data of Chinese and global patent application on CNC tube bendingmachine and CNC tube bendingmachine actuator,we this paper obtain thepatentapplication trends and the main technologydistribution of CNC bendingmachine and its actuator.This paper compares Chinese and global pat?entapplication onpatentapplication trends and themain technologydistribution of CNC tube bendingmachineactua?tor,and listsseveralkey technologiesofkey patentapplication of the CNC tube bendingmachineactuator.This paper isaimed atproviding references for researchwork on CNC tube bendingmachineand CNC tubebendingmachine ac?tuator.

CNCbendingmachine;patentapplicationdistribution;patentapplication trends

?

TG305

A

1003-5168（2017）07-0059-04

2017-04-21

王曉群（1987-），女，碩士，研究實(shí)習(xí)員，研究方向：軋制；吳姣姣（1989-），女，碩士，研究實(shí)習(xí)員，研究方向：固定構(gòu)件或零件用的器件（等同于第一作者）。