机床行业知识产权分析及技术发展趋势

■ 焦作煤业集团有限责任公司 （河南焦作 454191） 钱 江

■ 机械工业信息研究院 （北京 100037） 牛江蓉 胡端阳

1. 全球机床专利申请趋势与产值发展基本一致

2010—2019年，全球机床有效专利累计申请量达到68.3万件，如图1所示，全球机床专利申请基本呈平稳上升的态势，其中2018年全球机床专利申请达到11.9万件，为历年最高。

图1 2010—2019年全球机床专利发展趋势

2. 国内专利申请热情高涨

2010—2019年，我国机床行业专利申请量达到78.5万件，年均增长22.4%。发明专利申请数量达到35.5万件，年均增长29.3%。近年来，机床发明专利占比不断提高，2015—2019年连续5年发明专利数量占总量的比重超过了40%。

图2 2010—2019年我国机床专利变化趋势

3. 各国十分重视在中国的专利布局

2015年以来，各国机床行业在我国的专利申请占专利申请总量的4%左右。其中，美国、日本及德国在我国的专利申请量占各国专利申请总量的2/3左右。2010年后美国、日本及德国加速在我国机床领域的专利布局，特别是日本的机床专利申请量在2019年突破了1 600件，专利申请数量远高出美国和德国。美国、日本及德国等发达国家在我国专利布局主要侧重于具有高速度、高精度及高附加值特征的激光加工、半导体制造装备、磨床等先进制造工艺和装备。

4. 近年来世界机床专利很多源自典型用户企业

对近五年申请专利量最多的前15家企业进行统计与分析，日本有11家，美国2家，德国与瑞士各一家（前5家申请专利数量见表1）。从前15家企业的主导产品看，机床行业专利较多的企业主要分布在刀具、控制系统、材料等领域。

同时可以看出，机床用户企业也申请了较多的机床专利，如丰田汽车等，表明用户的特殊工艺要求对机床结构、机床功能具有巨大影响。

表1 申请专利量前5家企业

5. 从知识产权角度看机床行业技术发展趋势

（1）绿色化 激光加工技

术是美国、日本等国竞争的焦点之一。近年激光加工技术专利申请主要集中在激光去除金属领域，涉及激光打孔技术、激光切割技术、激光打标技术、激光去重平衡技术和激光蚀刻技术等。此外，高速进给系统、自动对正装置，以及在激光加工机床中除屑或排气装置也已成为当前激光加工技术的主要研究领域（见表2）。

表2 激光加工技术主要分布领域

另外，少无切削加工技术装备与工艺也倍受美国、日本企业重视，特别是日本在烧结方法、粉末制备等多个领域开展粉末冶金技术的研究与开发，取得了大量的技术成果与专利。从制造金属粉末的方法看，主要集中在化学方法制造粉末和采用液体金属化合物制造粉末（见表3）。

表3 粉末冶金装备技术分布领域

（2）智能化 信息技术的发展及其与传统机床的融合推动机床向数字化、集成化和智能化方向发展，数字化制造装备、数字化生产线和数字化工厂的应用空间将越来越大。而采用智能技术来实现多信息融合下的重构优化的智能决策、过程适应控制及误差补偿智能控制等功能，将大幅提升成形和加工精度，提高制造效率。

从多年来世界机床专利分布领域看，数控系统、伺服驱动系统等控制系统一直是技术研发热点。随着各国对控制系统的重视，控制系统专利不断增多，从而使机床的智能化发展也迈向更高的水平，智能制造趋势越发凸显。

（3）模块化 电主轴、刀具及测量仪器等功能部件和数字化工具系统及量仪成为提高机床技术的重要因素。

功能部件不断向高速度、高精度、大功率和智能化方向发展，并取得成熟的应用。如电主轴、全数字交流伺服电动机及驱动装置、力矩电动机等功能部件的性能指标不断提高。

高速、高效、复合、高精度、高可靠性及环保是数控刀具的发展方向。发达国家数控刀具制造技术在刀具材料、刀具镀层技术、刀具结构设计、刀具连接件和工具系统及切削数据库等方面都取得了突出成就，使得数控刀具提高到一个崭新的水平。

数字化、高精度、智能化、非接触测量仪器和在线测量技术取得新的进展，新的测量仪器和测量系统不断出现，以三坐标测量机为代表的精密测量仪器应用扩大；带CCD数字摄像头、激光测头及触发测头的多传感测头光学坐标测量仪得到快速发展；激光干涉测量系统和球杆仪在数控机床几何精度和运动精度的监测和监控中，得到了广泛应用。

从专利申请量上看，对新型金属、复合材料等新型切削刀具材料的研究成为了现代机床刀具研究的重点。应用方面，用于钻头、车刀、柄式铣刀、镗刀头及可转位刀具的研究不断促进了金属切削机床加工精度和加工效率的提高（见表4）。

表4 刀具技术主要分布领域