數(shù)控彎管機專利技術綜述

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

數(shù)控彎管機專利技術綜述

王曉群 吳姣姣
（國家知識產(chǎn)權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、分析數(shù)控彎管機、數(shù)控彎管機執(zhí)行機構的全球和中國專利申請，獲得了數(shù)控彎管機及其執(zhí)行機構的申請量趨勢、主要技術分布，并對其執(zhí)行機構的全球與中國專利在申請量和主要技術分布方面進行了對比，同時梳理出幾種關鍵技術的重點專利申請，為研究工作提供了一定的參考和借鑒。

數(shù)控彎管機；專利分布；執(zhí)行機構；申請量趨勢

1 引言

圖1 數(shù)控彎管機結構示意圖［8］

數(shù)控彎管工藝是傳統(tǒng)彎管工藝結合機床工業(yè)和數(shù)控技術而發(fā)展起來的一種新工藝［1-3］，數(shù)控彎管機是一種基于矢量彎管原理，按程序通過數(shù)字控制系統(tǒng)來實現(xiàn)復雜空間立體管件的先進彎曲加工設備［4］，其執(zhí)行機構主要包括夾緊彎曲機構和管材送進旋轉機構。隨著微機技術的迅速發(fā)展，現(xiàn)在的數(shù)控彎管機一般都采用微機控制，故也稱為CNC（Computer Numerical Control）系列的彎管機。圖1和圖2分別為數(shù)控彎管機結構示意圖和工作原理圖。數(shù)控彎管機由于具有能夠精確、高效、低耗地制造輕量化、強韌化彎管零件等優(yōu)勢而得以在航空、航天以及汽車領域獲得廣泛應用［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，對數(shù)控彎管機的相關研究已成為行業(yè)內(nèi)的焦點。數(shù)控彎管機通常由控制系統(tǒng)、傳動系統(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、模芯等構成的成型系統(tǒng)，由加熱裝置、夾持裝置和上下料裝置等構成的輔助系統(tǒng)。本文以數(shù)控彎管機的全球專利申請和中國專利申請為分析對象，對該行業(yè)的專利技術進行研究，梳理各種關鍵技術的重點專利申請，對數(shù)控彎管機的彎管技術進行具體方向性的研究。

2 專利申請現(xiàn)狀

圖2 數(shù)控彎管機工作原理圖［3］

圖3 數(shù)控彎管機全球專利申請的年度申請量趨勢

圖4 數(shù)控彎管機全球申請量趨勢與中國專利申請量趨勢對比

本文以中國專利文獻檢索系統(tǒng)（CNABS）和德溫特世界專利索引數(shù)據(jù)庫（DWPI）為依據(jù)進行了數(shù)據(jù)統(tǒng)計，檢索采用分類號和關鍵詞相結合的方式進行。中國和全球專利數(shù)據(jù)庫的檢索數(shù)據(jù)期限為截止至2015年12月31日申請的專利文獻數(shù)據(jù)。

2.1 數(shù)控彎管機全球專利申請趨勢及主要技術分布

圖3示出了數(shù)控彎管機全球專利申請的年度申請量趨勢。自20世紀60年代出現(xiàn)第一臺數(shù)控彎管機后，有關數(shù)控彎管機的專利申請量比較平穩(wěn)，直至2006年左右全球申請量明顯增長，由于受到全球經(jīng)濟危機的影響在2008年申請量出現(xiàn)突降，2010年以后繼續(xù)呈現(xiàn)迅速增長趨勢。

圖4為數(shù)控彎管機全球申請量趨勢與中國專利申請量趨勢對比，可以看出2002年之前國內(nèi)沒有關于數(shù)控彎管機方面的申請，相關申請主要集中在國外。在此之前，國內(nèi)的數(shù)控彎管機主要依賴于進口。在2002年之后，國內(nèi)申請人開始嘗試自主研發(fā)，國內(nèi)申請量劇增。

檢索發(fā)現(xiàn)，數(shù)控彎管機在彎管領域中的專利申請主要集中在執(zhí)行機構、控制、管件加工應用和傳動系統(tǒng)，如圖5所示。其中，傳動系統(tǒng)的專利申請僅占4%，管件加工應用和控制方面的專利申請分別占全球申請量的21%和26%，而執(zhí)行機構的專利申請占49%，幾乎接近全球專利申請量的一半。由此可見，執(zhí)行機構為當今數(shù)控彎管機領域中的研究熱點。

2.2 數(shù)控彎管機的執(zhí)行機構全球專利申請、中國專利申請的趨勢及主要技術分布

圖6示出了數(shù)控彎管機執(zhí)行機構在全球與中國專利申請技術分支分布情況，從成型機構（模具和芯棒）、輔助機構（上下料、夾持、檢測、加熱）和彎機結構這三個分支來看，中國的申請量均大于國外申請量，這與中國近年來在彎管技術的發(fā)展技術逐漸成熟有一定關系。中國和國外在輔助機構（上下料、夾持、檢測、加熱）和彎機結構方面的專利申請均最多，尤其是涉及輔助機構（上下料、夾持、檢測、加熱）的最多。

圖5 數(shù)控彎管機全球專利申請技術分支比例分布圖

圖6 數(shù)控彎管機執(zhí)行機構的全球與中國專利申請技術分支分布

3 數(shù)控彎管機執(zhí)行機構的關鍵技術及其發(fā)展狀況

根據(jù)數(shù)控彎管機執(zhí)行機構領域的技術細分，對目前幾種關鍵技術進行了梳理，并對重點專利申請及技術發(fā)展狀況進行分析。

3.1 成型機構（模具和芯棒）作為執(zhí)行機構的部分

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

至2010年中國申請數(shù)量開始穩(wěn)步增長，尤其是在加工不同管件的模具適應性結構改進方面。專利申請CN102886441A提供了一種全自動數(shù)控液壓彎管機中的彎曲模裝置，該模具通過在輪模中設置內(nèi)腔，內(nèi)腔中設置活塞，活塞桿活動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，在活塞桿的推動下上拼塊能沿著燕尾塊滑動，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，通過內(nèi)置式油缸驅動上拼塊來回運動，既能夾緊管件，又能使管件進行脫模、并作傾轉運動，因而能適用以彎曲盤管，提高了彎曲模具的適用性。

隨著技術的發(fā)展，人們更希望通過數(shù)彎管技術實現(xiàn)自動化精確控制彎管成型，2015年，專利申請CN105057420A提供了一種多彎彎管精確彎制裝置，該裝置通過在設計成型模具時考慮彎管的回彈變形，然后對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，采用實驗方法計算系數(shù)P—比例回彈率、F—固定回彈率，即在所使用的數(shù)控彎管機上對原材料管子做兩個不同彎曲角度的彎頭，記錄彎管機彎曲的實際角度C1、C2，并測量對應的回彈角度Δ1、Δ2，將測得的數(shù)值代入公式計算出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 彎機結構

該技術分支是申請量較大的一個分支。彎機整體結構的優(yōu)化能夠大大提高彎管的質量和效率，因此成為近年來的研究熱點。

CN101049618A公開了一種小R彎管的加工方法及其裝置，其主要針對彎管的橢圓度和彎曲段的飽滿度等問題，通過增加設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置靠模、彎管模、頂推小車等，使整個裝置結構合理、操作方便。CN204276595U公開了一種三維數(shù)控液壓彎管機用型材彎管機構，通過在運行軌道上增加滾動支座，將滑動摩擦改為滾動摩擦，解決了鋁型材表面劃傷問題。

隨著彎管質量的逐步提高，研究的重點逐漸轉移到如何簡化彎管機結構，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，通過同時設置左彎機頭、右彎機頭，可根據(jù)彎管需要靈活使用左彎機頭和右彎機頭，提高了工作效率。CN203711548U公開了一種管材彎曲成型設備，將上料、彎曲、切割、收集等一體化，提高了工作效率。

3.3 輔助機構

由加熱裝置、夾持裝置和上下料裝置等構成的輔助機構對彎管的質量有較大影響。該技術分支是申請量較大的一個分支。而在輔助機構中送料裝置作為彎管機的重要部分在提高其加工精度上有著至關重要的作用。目前關于數(shù)控彎管機送料裝置的專利申請較多。

CN202411271U公開了一種數(shù)控立體彎管機的送料小車機構，采用蝸輪蝸桿結構傳動，提高了送料精度，并且制造成本低，設備維修簡單。CN202411264U公開了一種自動上料機，能夠將定量長度的單根銅管送入數(shù)控彎管機的夾頭內(nèi)，并自動復位，等待銅管完好后自動取出，實現(xiàn)數(shù)控彎管機的自動化生產(chǎn)。CN202752480U公開了一種全自動數(shù)控液壓彎管機中的送料夾持裝置，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比優(yōu)勢。CN204321014U公開了一種彎管機送料機構，通過結構與PLC控制器的結合，使其在負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。

通過對數(shù)控彎管機技術在國內(nèi)外的專利申請的申請量趨勢、主要技術分布和技術發(fā)展狀況的研究，得出了上述專利申請在傳動系統(tǒng)、管件加工應用、控制和執(zhí)行機構方面的分布情況，其中執(zhí)行機構的專利申請占比49%，對其進一步分析發(fā)現(xiàn)，在涉及執(zhí)行機構的專利申請中，輔助機構（上下料、夾持、檢測、加熱）和彎機結構方面的專利申請居多，占比分別為42%和37%。以上專利申請數(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

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TG305

A

1003-5168（2017）07-0059-04

2017-04-21

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