数控弯管机专利技术综述

2017-09-18王晓群吴姣姣国家知识产权局专利局专利审查协作河南中心河南郑州450000

河南科技 2017年14期

王晓群吴姣姣（国家知识产权局专利局专利审查协作河南中心，河南郑州450000）

数控弯管机专利技术综述

王晓群吴姣姣
（国家知识产权局专利局专利审查协作河南中心，河南郑州450000）

本文通过检索、统计、分析数控弯管机、数控弯管机执行机构的全球和中国专利申请，获得了数控弯管机及其执行机构的申请量趋势、主要技术分布，并对其执行机构的全球与中国专利在申请量和主要技术分布方面进行了对比，同时梳理出几种关键技术的重点专利申请，为研究工作提供了一定的参考和借鉴。

数控弯管机；专利分布；执行机构；申请量趋势

1 引言

图1 数控弯管机结构示意图［8］

数控弯管工艺是传统弯管工艺结合机床工业和数控技术而发展起来的一种新工艺［1-3］，数控弯管机是一种基于矢量弯管原理，按程序通过数字控制系统来实现复杂空间立体管件的先进弯曲加工设备［4］，其执行机构主要包括夹紧弯曲机构和管材送进旋转机构。随着微机技术的迅速发展，现在的数控弯管机一般都采用微机控制，故也称为CNC（Computer Numerical Control）系列的弯管机。图1和图2分别为数控弯管机结构示意图和工作原理图。数控弯管机由于具有能够精确、高效、低耗地制造轻量化、强韧化弯管零件等优势而得以在航空、航天以及汽车领域获得广泛应用［5-7］。近年来，随着产品弯曲精度要求的日益提高，弯曲成型的要求逐渐增加，对数控弯管机的相关研究已成为行业内的焦点。数控弯管机通常由控制系统、传动系统和执行系统三部分组成。其中执行系统包括由模具、模芯等构成的成型系统，由加热装置、夹持装置和上下料装置等构成的辅助系统。本文以数控弯管机的全球专利申请和中国专利申请为分析对象，对该行业的专利技术进行研究，梳理各种关键技术的重点专利申请，对数控弯管机的弯管技术进行具体方向性的研究。

2 专利申请现状

图2 数控弯管机工作原理图［3］

图3 数控弯管机全球专利申请的年度申请量趋势

图4 数控弯管机全球申请量趋势与中国专利申请量趋势对比

本文以中国专利文献检索系统（CNABS）和德温特世界专利索引数据库（DWPI）为依据进行了数据统计，检索采用分类号和关键词相结合的方式进行。中国和全球专利数据库的检索数据期限为截止至2015年12月31日申请的专利文献数据。

2.1 数控弯管机全球专利申请趋势及主要技术分布

图3示出了数控弯管机全球专利申请的年度申请量趋势。自20世纪60年代出现第一台数控弯管机后，有关数控弯管机的专利申请量比较平稳，直至2006年左右全球申请量明显增长，由于受到全球经济危机的影响在2008年申请量出现突降，2010年以后继续呈现迅速增长趋势。

图4为数控弯管机全球申请量趋势与中国专利申请量趋势对比，可以看出2002年之前国内没有关于数控弯管机方面的申请，相关申请主要集中在国外。在此之前，国内的数控弯管机主要依赖于进口。在2002年之后，国内申请人开始尝试自主研发，国内申请量剧增。

检索发现，数控弯管机在弯管领域中的专利申请主要集中在执行机构、控制、管件加工应用和传动系统，如图5所示。其中，传动系统的专利申请仅占4%，管件加工应用和控制方面的专利申请分别占全球申请量的21%和26%，而执行机构的专利申请占49%，几乎接近全球专利申请量的一半。由此可见，执行机构为当今数控弯管机领域中的研究热点。

2.2 数控弯管机的执行机构全球专利申请、中国专利申请的趋势及主要技术分布

图6示出了数控弯管机执行机构在全球与中国专利申请技术分支分布情况，从成型机构（模具和芯棒）、辅助机构（上下料、夹持、检测、加热）和弯机结构这三个分支来看，中国的申请量均大于国外申请量，这与中国近年来在弯管技术的发展技术逐渐成熟有一定关系。中国和国外在辅助机构（上下料、夹持、检测、加热）和弯机结构方面的专利申请均最多，尤其是涉及辅助机构（上下料、夹持、检测、加热）的最多。

图5 数控弯管机全球专利申请技术分支比例分布图

图6 数控弯管机执行机构的全球与中国专利申请技术分支分布

3 数控弯管机执行机构的关键技术及其发展状况

根据数控弯管机执行机构领域的技术细分，对目前几种关键技术进行了梳理，并对重点专利申请及技术发展状况进行分析。

3.1 成型机构（模具和芯棒）作为执行机构的部分

将成型机构（模具和芯棒）作为执行机构的部分是当前的研究热点之一。早期多为国外申请，如，日本专利申请JPH11314118A提供了一种数控弯管机中的弯曲模装置，通过设置可旋转的固定模具、在弯曲过程中支撑管并使管旋转的压力模具和对管在压力模具中进行导向的导向部件，并利用控制系统对模具和管的位置进行控制，实现大截面管的多曲率连续弯曲。

至2010年中国申请数量开始稳步增长，尤其是在加工不同管件的模具适应性结构改进方面。专利申请CN102886441A提供了一种全自动数控液压弯管机中的弯曲模装置，该模具通过在轮模中设置内腔，内腔中设置活塞，活塞杆活动穿过缸盖后与上拼块固定连接，在轮模上固定有与上拼块相配合的燕尾块，在活塞杆的推动下上拼块能沿着燕尾块滑动，在轮模上还固定安装有下拼块，下拼块位于上拼块的下方、并与上拼块配合后能夹持管件，这样在弯管工作时，通过内置式油缸驱动上拼块来回运动，既能夹紧管件，又能使管件进行脱模、并作倾转运动，因而能适用以弯曲盘管，提高了弯曲模具的适用性。

随着技术的发展，人们更希望通过数弯管技术实现自动化精确控制弯管成型，2015年，专利申请CN105057420A提供了一种多弯弯管精确弯制装置，该装置通过在设计成型模具时考虑弯管的回弹变形，然后对成型模具的弯曲半径加以回弹修正，解决了管子弯曲回弹变形后的尺寸与产品尺寸不符的问题，采用实验方法计算系数P—比例回弹率、F—固定回弹率，即在所使用的数控弯管机上对原材料管子做两个不同弯曲角度的弯头，记录弯管机弯曲的实际角度C1、C2，并测量对应的回弹角度Δ1、Δ2，将测得的数值代入公式计算出P、F，从而提高了产品的成型效率及原材料利用率，并提高了产品的生产效益。

3.2 弯机结构

该技术分支是申请量较大的一个分支。弯机整体结构的优化能够大大提高弯管的质量和效率，因此成为近年来的研究热点。

CN101049618A公开了一种小R弯管的加工方法及其装置，其主要针对弯管的椭圆度和弯曲段的饱满度等问题，通过增加设置整套与工件尺寸相符的成形弯管模具及芯轴以及合理设置靠模、弯管模、顶推小车等，使整个装置结构合理、操作方便。CN204276595U公开了一种三维数控液压弯管机用型材弯管机构，通过在运行轨道上增加滚动支座，将滑动摩擦改为滚动摩擦，解决了铝型材表面划伤问题。

随着弯管质量的逐步提高，研究的重点逐渐转移到如何简化弯管机结构，方便操作，降低成本和提高工作效率上。CN201855856U公开了一种金属薄管抗皱弯曲加工装置，通过设置防皱部件等，解决了弯管起皱和压扁率等问题，并且能够一次装夹满足长2.5m以内的多个不同等R角、不同位置的金属薄管折弯，提高工作效率。CN202779316U公开了一种数控弯管机，通过同时设置左弯机头、右弯机头，可根据弯管需要灵活使用左弯机头和右弯机头，提高了工作效率。CN203711548U公开了一种管材弯曲成型设备，将上料、弯曲、切割、收集等一体化，提高了工作效率。

3.3 辅助机构

由加热装置、夹持装置和上下料装置等构成的辅助机构对弯管的质量有较大影响。该技术分支是申请量较大的一个分支。而在辅助机构中送料装置作为弯管机的重要部分在提高其加工精度上有着至关重要的作用。目前关于数控弯管机送料装置的专利申请较多。

CN202411271U公开了一种数控立体弯管机的送料小车机构，采用蜗轮蜗杆结构传动，提高了送料精度，并且制造成本低，设备维修简单。CN202411264U公开了一种自动上料机，能够将定量长度的单根铜管送入数控弯管机的夹头内，并自动复位，等待铜管完好后自动取出，实现数控弯管机的自动化生产。CN202752480U公开了一种全自动数控液压弯管机中的送料夹持装置，其可以夹持不同截面形状的工件，具备高精度及低成本的性价比优势。CN204321014U公开了一种弯管机送料机构，通过结构与PLC控制器的结合，使其在负载较大的情况下依然可以保持高精度，高效率，且能完成多模送料。

通过对数控弯管机技术在国内外的专利申请的申请量趋势、主要技术分布和技术发展状况的研究，得出了上述专利申请在传动系统、管件加工应用、控制和执行机构方面的分布情况，其中执行机构的专利申请占比49%，对其进一步分析发现，在涉及执行机构的专利申请中，辅助机构（上下料、夹持、检测、加热）和弯机结构方面的专利申请居多，占比分别为42%和37%。以上专利申请数据的分析为研究工作提供了一定的参考和借鉴。

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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