機床行業知識產權分析及技術發展趨勢

■ 焦作煤業集團有限責任公司 （河南焦作 454191） 錢 江

■ 機械工業信息研究院 （北京 100037） 牛江蓉 胡端陽

1. 全球機床專利申請趨勢與產值發展基本一致

2010—2019年，全球機床有效專利累計申請量達到68.3萬件，如圖1所示，全球機床專利申請基本呈平穩上升的態勢，其中2018年全球機床專利申請達到11.9萬件，為歷年最高。

圖1 2010—2019年全球機床專利發展趨勢

2. 國內專利申請熱情高漲

2010—2019年，我國機床行業專利申請量達到78.5萬件，年均增長22.4%。發明專利申請數量達到35.5萬件，年均增長29.3%。近年來，機床發明專利占比不斷提高，2015—2019年連續5年發明專利數量占總量的比重超過了40%。

圖2 2010—2019年我國機床專利變化趨勢

3. 各國十分重視在中國的專利布局

2015年以來，各國機床行業在我國的專利申請占專利申請總量的4%左右。其中，美國、日本及德國在我國的專利申請量占各國專利申請總量的2/3左右。2010年后美國、日本及德國加速在我國機床領域的專利布局，特別是日本的機床專利申請量在2019年突破了1 600件，專利申請數量遠高出美國和德國。美國、日本及德國等發達國家在我國專利布局主要側重于具有高速度、高精度及高附加值特征的激光加工、半導體制造裝備、磨床等先進制造工藝和裝備。

4. 近年來世界機床專利很多源自典型用戶企業

對近五年申請專利量最多的前15家企業進行統計與分析，日本有11家，美國2家，德國與瑞士各一家（前5家申請專利數量見表1）。從前15家企業的主導產品看，機床行業專利較多的企業主要分布在刀具、控制系統、材料等領域。

同時可以看出，機床用戶企業也申請了較多的機床專利，如豐田汽車等，表明用戶的特殊工藝要求對機床結構、機床功能具有巨大影響。

表1 申請專利量前5家企業

5. 從知識產權角度看機床行業技術發展趨勢

（1）綠色化 激光加工技

術是美國、日本等國競爭的焦點之一。近年激光加工技術專利申請主要集中在激光去除金屬領域，涉及激光打孔技術、激光切割技術、激光打標技術、激光去重平衡技術和激光蝕刻技術等。此外，高速進給系統、自動對正裝置，以及在激光加工機床中除屑或排氣裝置也已成為當前激光加工技術的主要研究領域（見表2）。

表2 激光加工技術主要分布領域

另外，少無切削加工技術裝備與工藝也倍受美國、日本企業重視，特別是日本在燒結方法、粉末制備等多個領域開展粉末冶金技術的研究與開發，取得了大量的技術成果與專利。從制造金屬粉末的方法看，主要集中在化學方法制造粉末和采用液體金屬化合物制造粉末（見表3）。

表3 粉末冶金裝備技術分布領域

（2）智能化 信息技術的發展及其與傳統機床的融合推動機床向數字化、集成化和智能化方向發展，數字化制造裝備、數字化生產線和數字化工廠的應用空間將越來越大。而采用智能技術來實現多信息融合下的重構優化的智能決策、過程適應控制及誤差補償智能控制等功能，將大幅提升成形和加工精度，提高制造效率。

從多年來世界機床專利分布領域看，數控系統、伺服驅動系統等控制系統一直是技術研發熱點。隨著各國對控制系統的重視，控制系統專利不斷增多，從而使機床的智能化發展也邁向更高的水平，智能制造趨勢越發凸顯。

（3）模塊化 電主軸、刀具及測量儀器等功能部件和數字化工具系統及量儀成為提高機床技術的重要因素。

功能部件不斷向高速度、高精度、大功率和智能化方向發展，并取得成熟的應用。如電主軸、全數字交流伺服電動機及驅動裝置、力矩電動機等功能部件的性能指標不斷提高。

高速、高效、復合、高精度、高可靠性及環保是數控刀具的發展方向。發達國家數控刀具制造技術在刀具材料、刀具鍍層技術、刀具結構設計、刀具連接件和工具系統及切削數據庫等方面都取得了突出成就，使得數控刀具提高到一個嶄新的水平。

數字化、高精度、智能化、非接觸測量儀器和在線測量技術取得新的進展，新的測量儀器和測量系統不斷出現，以三坐標測量機為代表的精密測量儀器應用擴大；帶CCD數字攝像頭、激光測頭及觸發測頭的多傳感測頭光學坐標測量儀得到快速發展；激光干涉測量系統和球桿儀在數控機床幾何精度和運動精度的監測和監控中，得到了廣泛應用。

從專利申請量上看，對新型金屬、復合材料等新型切削刀具材料的研究成為了現代機床刀具研究的重點。應用方面，用于鉆頭、車刀、柄式銑刀、鏜刀頭及可轉位刀具的研究不斷促進了金屬切削機床加工精度和加工效率的提高（見表4）。

表4 刀具技術主要分布領域