发明创造名称：一种双力矩电机驱动双气动钳夹精准定位电主轴摆动装置
外观设计名称：
决定号：200226
决定日：2020-01-10
委内编号：1F257268
优先权日：
申请（专利）号：201610055627.6
申请日：2016-01-27
复审请求人：北京工研精机股份有限公司 清华大学
无效请求人：
授权公告日：
审定公告日：
专利权人：
主审员：李锦弟
合议组组长：师广义
参审员：孙红花
国际分类号：B23Q5/02(2006.01);;B23Q11/12(2006.01)
外观设计分类号：
法律依据：专利法第22条第3款
决定要点：如果一项权利要求请求保护的技术方案与最接近的现有技术相比存在区别技术特征，但该区别技术特征既未被其它现有技术公开，也不属于本领域的公知常识，且该技术特征能够带来有益的技术效果，则该权利要求请求保护的技术方案对本领域技术人员来说不具有显而易见性，具备专利法第22条第3款规定的创造性。
全文：
本复审请求涉及申请号为201610055627.6，名称为“一种双力矩电机驱动双气动钳夹精准定位电主轴摆动装置”的发明专利申请（下称本申请），申请人为北京工研精机股份有限公司、清华大学。本申请的申请日为2016年01月27日，公开日为2016年05月11日。
经实质审查，国家知识产权局原审查部门于2018年04月25日以本申请权利要求1不具备专利法第22条第3款规定的创造性为由驳回了本申请。驳回决定所依据的文本为：申请日2016年01月27日提交的说明书附图图1-图4（第1-2页）、摘要附图，2016年03月16日提交的说明书第1-35段（第1-6页）、说明书摘要，以及2017年07月18日提交的权利要求第1项。驳回决定引用了如下对比文件：
对比文件1：CN102069409A，公开日为2011年05月25日；
对比文件2：CN101011795A，公开日为2007年08月08日。
驳回决定所针对的权利要求书如下：
“1. 一种双电机驱动双气动钳夹精准定位电主轴摆动装置，其特征在于，包括A轴光栅轴(1)、左力矩电机(3)和右力矩电机(11)，反馈元件(2)安装于A轴光栅轴(1)上，左力矩电机(3)连接左电机转子固定轴(4)，右力矩电机(11)连接右电机转子固定轴(10)，左电机固定板(12)上设有限位开关，左支撑轴承(5)和右支撑轴承(9)为摆动A轴提供轴承支撑，左气动钳夹(6)和右气动钳夹(8)左右对称设置用于对摆动A轴精准定位，配油轴固定件(17)通过内部管路连接轴旋转运动件(16)，管路两端设有轴用回转格来圈(18)，十字摆轴(7)用于连接左右电机组件及主轴单元；光栅轴(1)上设有行程撞块(14)，所述配油轴固定件(17)为中空结构。所述配油轴固定件(17)与十字摆轴(7)、主轴电机出线位(19)的十字交叉方孔相互连通，所述限位开关包括上行程限位开关I(13)和下行程限位开关II(15)，所述左气动钳夹(6)固定在左轴承外压板(20)上，右气动钳夹(8)固定在右轴承外压板(21)上，所述左气动钳夹(6)和右气动钳夹(8)均为双层气囊结构。”
驳回决定指出：独立权利要求1请求保护的技术方案相对于对比文件1公开的技术方案的区别技术特征为：采用双力矩电机，还包括一个右力矩电机，右力矩电机连接右电机转子固定轴；还包括A轴光栅轴，反馈元件安装于A轴光栅轴上，左电机固定板上设有限位开关；光栅轴上设有行程撞块；限位开关包括上行程限位开关工和下行程限位开关H；主轴电机出线位的孔是十字交叉方孔。上述区别技术特征部分被对比文件2公开，并且在对比文件2中所起的作用与其在本申请中所起的作用相同，即给出了将该技术特征应用于对比文件1中以解决其技术问题的技术启示；其余区别技术特征属于本领域的常用技术手段。因此，权利要求1不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
针对申请人的意见陈述，驳回决定进一步指出：对比文件1和2与本申请属于完全相同的技术领域，都是双摆头机构，具有几乎相同的机械结构，结合启示是显而易见的；申请人所指出的区别技术特征“配油轴固定件与十字摆轴、主轴电机出线位的十字交叉方孔相互连通”、“左气动钳夹固定在左轴承外压板上，右气动钳夹固定在右轴承外压板上”、“左气动钳夹和右气动钳夹均为双层气囊结构”已被对比文件1所公开，而区别技术特征“光栅轴上设有行程撞块，配油轴固定件为中空结构”、“限位开关包括上行程限位开关I和下行程限位开关II”属于机械领域对旋转角度（或位置）或者摆动角度（或位置）进行控制而采用的常用技术手段。
申请人（下称复审请求人）对上述驳回决定不服，于2018年07月27日向国家知识产权局提出了复审请求，但未修改申请文件。复审请求人认为：本申请中，左力矩电机和右力矩电机实现了双驱动；左右轴承组合使用，限制了X、Y、Z三个方向的移动自由度，绕X、Y方向的旋转自由度，增强了摆动A轴的支撑刚度及切削稳定性；左右钳夹同时工作，对称抱紧十字摆轴左右轴面，共同完成摆动轴的精准定位，避免了传动件之间的间隙带来的传动误差，区别于液压制动方式，减小制动冲击对零件精度的影响，既提高了加工精度，又能提供较大工作载荷能力，且所提供的双气动钳夹具备断气断电自动锁紧，通电通气增压夹紧功能，具备安全环保特点；为保证内部电缆的可靠外接，设计了交叉中空线缆通路，保证主轴电机、轴反馈元件信号线的安全可靠运行。然而对比文件1解决传统机械传动的双摆头由于中间的传动环节过多导致的附加转动惯量大、传动有间隙、安装复杂等问题，与本发明解决的技术问题并不相同。虽然对比文件1中有提到C轴设有两个联合驱动的内转子力矩电机，但这两个联合驱动的内转子力矩电机，与本发明的结构布设完全不同。对比文件1虽然还公开了心轴与配油环外圈之间有滚子支撑，配油环内圈与外圈之间设有滚子支撑，但这里的两个滚子支撑所起的作用和本发明左支撑轴承和右支撑轴承所实现的双支撑的作用效果不同。对比文件2虽然公开了利用内转子电机和外转子电机来驱动双摆铣头，但是其采用的是分别驱动方式，而本发明中采用的是左力矩电机和右力矩电机共同驱动，另外对比文件2中未公开双支撑和双夹紧结构。
经形式审查合格，国家知识产权局于2018年08月08日依法受理了该复审请求，并将其转送至原审查部门进行前置审查。
原审查部门在前置审查意见书中认为：权利要求中的气动钳、支撑轴承、回转格莱圈相关结构已被对比文件1所公开，“双力矩电机”已被对比文件2所公开；对比文件1记载了配油环、支撑轴构成的配油管路安装有旋转格莱圈，虽然没有明确记载格莱圈装在管路两端，然而该区别仅仅是本领域的常规技术选择；对于区别技术特征“还包括A轴光栅轴”，在对比文件1的技术启示下，本领域技术人员容易想到在A轴上安装的角度编码器类型具体为A轴光栅轴；区别技术特征“在A轴光栅轴上安装反馈元件，左电机固定板上设限位开关，光栅轴上设有行程撞块，限位开关包括上行程限位开关I和下行程限位开关II”是本领域技术人员对于旋转轴定位手段的常规技术选择；区别技术特征“主轴电机出线位的孔是十字交叉方孔”是本领域中对于电机出线孔的常规设计；行程控制本身是常规技术手段，行程开关结合程序补偿控制能够消除回空误差是本领域的公知常识。因而坚持原驳回决定。
随后，国家知识产权局依法成立合议组对本案进行审理。
合议组于2019年07月03日向复审请求人发出复审通知书，通知书中引用驳回决定中使用的对比文件1和对比文件2。复审通知书指出：独立权利要求1请求保护的技术方案相对于对比文件1公开的技术方案的区别技术特征是：（1）电主轴摆动装置还包括左力矩电机和右气动钳夹，左力矩电机连接左电机转子固定轴，主轴箱为十字摆轴，用于连接左右电机组件，右气动钳夹与左气动钳夹对称设置，用于对摆动A轴精准定位，左气动钳夹固定在左轴承外压板上，右气动钳夹固定在右轴承外压板上，左气动钳夹和右气动钳夹均为双层气囊结构；（2）配油轴固定件通过内部管路连接轴旋转运动件，配油轴固定件与十字摆轴、主轴电机出线位的十字交叉方孔相互连通；（3）电主轴摆动装置还包括A轴光栅轴，反馈元件安装于A轴光栅轴上，光栅轴上设有行程撞块，左电机固定板上设有限位开关，所述限位开关包括上行程限位开关I和下行程限位开关II。区别技术特征（1）中的部分内容被对比文件2公开，且在对比文件2中所起的作用与其在本申请中所起的作用相同，即给出了在对比文件1的电主轴摆动装置中增设左力矩电机，并将主轴箱替换为十字摆轴的技术启示，该区别技术特征中的其它内容属于在应用这一启示改进对比文件1的电主轴摆动装置结构时，所采用的本领域常用技术手段；区别技术特征（2）和（3）属于本领域的常用技术手段。因此，权利要求1不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
复审通知书针对复审请求人的意见陈述进一步指出：对比文件1与本发明采用双力矩电机能够解决“回转轴传动误差大，高速传动很容易引起振动、摩擦、疲劳等机械故障”的技术问题是一致的，二者采用的力矩电机数量的差别，仅影响驱动力矩大小，而对比文件2给出采用左右双侧力矩电机获得大扭矩的技术启示。对比文件1附图1中示出了左右轴承III20组合使用，由此可知这种轴承布置方式能够限制X、Y、Z三个方向的移动自由度，绕X、Y方向的旋转自由度，增强了摆动A轴的支撑刚度及切削稳定性，这一点与本发明无异；在应用对比文件2给出的技术启示改进对比文件1，通过增设左力矩电机来增大扭矩的情况下，为了相应地增大制动力，则设置与左气动钳夹对称的右气动钳夹用于对摆动A轴精准定位，属于本领域的常用技术手段；本申请权利要求中仅限定了气动钳夹为双层气囊结构，由此不能体现该气动钳夹具有通电通气增压夹紧功能，因此在评价权利要求的创造性时，不考虑该功能效果；在应用对比文件2给出的技术启示将对比文件1的主轴箱1替换为十字摆轴的情况下，将配油轴固定件与十字摆轴、主轴电机出线位的十字交叉方孔相互连通，属于与对比文件1中的上述走线方式等效的替代手段。
针对上述复审通知书，复审请求人分别于2019年08月14日和2019年09月16日提交了意见陈述书，并于2019年09月16日提交了修改的权利要求书，具体修改为：根据说明书的记载，将“当钳夹无气体通入时自然状态为夹紧状态，当内腔（22）通入气压时，钳夹内部膨胀，内径尺寸增大，释放抱轴；当钳夹外腔（23）通入气压时，产生增压，钳夹提供增大夹紧扭矩”增加到权利要求1中。经修改后的权利要求书如下：
“1. 一种双电机驱动双气动钳夹精准定位电主轴摆动装置，其特征在于，包括A轴光栅轴(1)、左力矩电机(3)和右力矩电机(11)，反馈元件(2)安装于A轴光栅轴(1)上，左力矩电机(3)连接左电机转子固定轴(4)，右力矩电机(11)连接右电机转子固定轴(10)，左电机固定板(12)上设有限位开关，左支撑轴承(5)和右支撑轴承(9)为摆动A轴提供轴承支撑，左气动钳夹(6)和右气动钳夹(8)左右对称设置用于对摆动A轴精准定位，配油轴固定件(17)通过内部管路连接轴旋转运动件(16)，管路两端设有轴用回转格来圈(18)，十字摆轴(7)用于连接左右电机组件及主轴单元；光栅轴(1)上设有行程撞块(14)，所述配油轴固定件(17)为中空结构。所述配油轴固定件(17)与十字摆轴(7)、主轴电机出线位(19)的十字交叉方孔相互连通，所述限位开关包括上行程限位开关I(13)和下行程限位开关II(15)，所述左气动钳夹(6)固定在左轴承外压板(20)上，右气动钳夹(8)固定在右轴承外压板(21)上，所述左气动钳夹(6)和右气动钳夹(8)均为双层气囊结构；当钳夹无气体通入时自然状态为夹紧状态，当内腔（22）通入气压时，钳夹内部膨胀，内径尺寸增大，释放抱轴；当钳夹外腔（23）通入气压时，产生增压，钳夹提供增大夹紧扭矩。”
复审请求人认为：对比文件1和本申请所要解决的技术问题以及解决技术问题的方式并不相同，本申请采用双电机对称驱动，双钳夹对称定位夹紧，高刚性轴承对称支撑，驱动力、支撑力和夹紧力对称于切削中心平面，单一光栅反馈双并联电机，精度同步性好，热载荷对称分布，这种结构既提高了加工精度，又能提供较大的工作能力，且所提供的双气动钳夹具备断气断电自动锁紧，通电通气增压夹紧功能；所采用的双层气囊钳夹结构，具备当钳夹外腔通入气压时产生增压，双钳夹提供增大夹紧扭矩，用于大进给量定位加工。
在上述程序的基础上，合议组认为本案事实已经清楚，可以作出审查决定。
二、决定的理由
1、审查文本的认定
复审请求人在复审阶段于2019年09月16日对权利要求书进行了修改，上述修改符合专利法第33条和专利法实施细则第61条第1款的规定。本复审请求审查决定所针对的审查文本如下：申请日2016年01月27日提交的说明书附图图1-图4（第1-2页）、摘要附图，2016年03月16日提交的说明书第1-35段（第1-6页）、说明书摘要，以及2019年09月16日提交的权利要求第1项。
2、关于专利法第22条第3款
专利法第22条第3款规定：创造性，是指与现有技术相比，该发明具有突出的实质性特点和显著的进步，该实用新型具有实质性特点和进步。
具体到本案，独立权利要求1请求保护一种双力矩电机驱动双气动钳夹精准定位电主轴摆动装置，经查，对比文件1公开了一种力矩电机驱动的AC轴双摆铣头，其A轴摆动装置相当于单力矩电机驱动单气动钳夹精准定位电主轴摆动装置，由于该对比文件附图1中的左右方位是相对的，因此将附图1中的左侧定义为右侧，右侧定义为左侧，基于此，对比文件1具体公开了以下技术特征（参见说明书第17-26、38-49段，附图图1、图6-图9b）：A轴摆动装置包括附图1中的内转子力矩电机24（见说明书第39段，附图1；相当于右力矩电机），内转子力矩电机24连接左支撑轴22（见说明书第39段，附图1；相当于右电机转子固定轴）；附图1中的右左两侧的轴承III20（即左支撑轴承和右支撑轴承）为摆动A轴提供轴承支撑；附图1中右侧的A轴气动夹紧机构3（相当于左气动钳夹）用于对摆动A轴精准定位；A轴配油内环21和A轴配油外环23通过螺钉连接固定在A轴箱体2上左支撑轴22的内外两侧（见说明书第39段，附图1），由A轴配油内环21和A轴配油外环23构成的组件（相当于配油轴固定件）为中空结构（见附图1），该组件通过内部管路连接左支撑轴22，管路两端设有轴用回转格来圈（见说明书第39段，附图6），主轴箱1（对应于十字摆轴）用于连接右电机组件及主轴单元。对比文件1中借助内转子力矩电机对A轴双摆铣头进行直接驱动，获得了传动环节少，安装工艺简单，无间隙，无磨损，传动平稳，精度高的技术效果（见说明书第22段），借助气动夹紧机构夹紧A轴，获得了结构紧凑，性能可靠的技术效果（见说明书第20段）。
独立权利要求1请求保护的技术方案相对于对比文件1公开的技术方案的区别在于：（1）电主轴摆动装置还包括左力矩电机和右气动钳夹，左力矩电机连接左电机转子固定轴，主轴箱为十字摆轴，用于连接左右电机组件，右气动钳夹与左气动钳夹对称设置，用于对摆动A轴精准定位，左气动钳夹固定在左轴承外压板上，右气动钳夹固定在右轴承外压板上；（2）配油轴固定件通过内部管路连接轴旋转运动件，配油轴固定件与十字摆轴、主轴电机出线位的十字交叉方孔相互连通；（3）电主轴摆动装置还包括A轴光栅轴，反馈元件安装于A轴光栅轴上，光栅轴上设有行程撞块，左电机固定板上设有限位开关，所述限位开关包括上行程限位开关I和下行程限位开关II；（4）左气动钳夹和右气动钳夹均为双层气囊结构，当钳夹无气体通入时自然状态为夹紧状态，当内腔通入气压时，钳夹内部膨胀，内径尺寸增大，释放抱轴；当钳夹外腔通入气压时，产生增压，钳夹提供增大夹紧扭矩。基于上述区别，独立权利要求1请求保护的技术方案相对于对比文件1公开的技术方案实际解决的技术问题是：如何增大摆动装置的驱动力矩和更大的制动夹紧力。
对比文件2公开了一种双力矩电机驱动的双摆铣头，其A轴摆动装置为双力矩电机驱动电主轴摆动装置，对比文件2具体公开了以下技术特征（参见说明书第4页第3段、第7页的第2段，附图图5、图17）：电主轴摆动装置包括左右两个力矩电机A1和A2（即公开了电主轴摆动装置还包括左力矩电机），十字空心轴3（相当于十字摆轴）与电机A1、A2的转子同步转动（即用于连接左右电机组件），上述技术特征在对比文件2中起到借助定子线圈串联的左右两个力矩电机获得较大扭矩的作用。虽然对比文件2给出了在对比文件1的电主轴摆动装置中通过增设左力矩电机，并将主轴箱替换为十字摆轴，来增大摆动装置的驱动力矩的技术启示，但并没有教导通过具有增压功能的气动钳夹来提供更大的制动夹紧力，该对比文件中，为提供更大的制动力所采用的是液压式制动机构，而非具有增压功能的制动钳夹。同时，对比文件1中虽然教导了使用气动钳夹，但根据对比文件1说明书第49段的记载可知，该钳夹由气囊45和弹性体44借助两个楔形圆盘47对摩擦环46进行施压，当气囊接通压缩空气时，释放夹紧力，当气囊断开压缩空气时，弹性体复原，推动两个楔形圆盘挤压摩擦环而产生夹紧力，由于该夹紧力取决于弹性体自身的弹性模量和变形量，因此该钳夹并不具有外腔通气增压的功能，与本申请权利要求1中所限定的具有外腔通气增压的双层气囊结构不同。也就是说，上述区别技术特征（4）中限定的左右气动钳夹的双层气囊结构没有被对比文件1和对比文件2披露。另外，也没有证据表明该区别技术特征属于本领域的公知常识。同时，该区别技术特征使得独立权利要求1请求保护的技术方案具有在钳夹外腔通入气压时产生增压，使双钳夹提供增大夹紧扭矩，以适应大进给量定位加工的技术效果。因此，独立权利要求1相对于对比文件1和对比文件2以及本领域常用技术手段的结合具有突出的实质性特点和显著的进步，具备专利法第22条第3款规定的创造性。
根据以上事实和理由，本案合议组依法作出以下决定。
三、决定
撤销国家知识产权局于2018年04月25日对本申请作出的驳回决定。由国家知识产权局原审查部门在本复审请求审查决定所针对的文本的基础上对本申请继续进行审查。
如对本复审请求审查决定不服，根据专利法第41条第2款的规定，复审请求人可以自收到本决定之日起三个月内向北京知识产权法院起诉。
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