制造技术难题研究与应用(上海市技术发明特等奖｜“以柔克柔”破解大尺寸蒙皮变形加工难题，航空航天精密制造里的科技自立自强)

青年报·青春上海记者刘昕璐

五轴联动的机床上，一张大型铝合金蒙皮正被加工，最薄之处如同蛋壳。这是上海拓璞数控科技股份有限公司自主研发的双五轴镜像铣削机床，这一团队也是全球掌握镜像铣技术的三个研究团队之一,解决了国际公认的“大尺寸大柔性超薄曲面无法采用常规机械铣削加工”的制造难题，也为我国大飞机和空间探索事业的发展提供有力的制造重器。

此次，这一由上海交通大学、上海拓璞数控科技股份有限公司、上海飞机制造有限公司、上海航天设备制造总厂有限公司、天津航天长征火箭制造有限公司、成都飞机工业（集团）有限责任公司共同完成的“航空航天大型曲面蒙皮/箱底双五轴镜像铣削技术与装备”项目，斩获2022年度上海市技术发明奖特等奖。

◆核心技术需企业自身做好技术沉淀孕育出来◆

我国大飞机和长征系列运载火箭对可靠性、轻量化、大载荷的性能提出了非常严苛的要求，而飞机蒙皮和火箭燃料贮箱箱底正是承受飞行器载荷、决定飞行器安全可靠的关键零件。由于都是大尺寸、大柔性的超薄曲面，不可能采用常规机械铣削加工,这也成为国际公认的制造难题。镜像铣削，是解决柔性薄壁蒙皮类零件精密制造的最新技术。

作为超薄零件，厚度堪比鸡蛋壳的飞机蒙皮，加工过程动态变形达壁厚精度60倍，极易出现壁厚不均、铣穿扎洞等问题。要解决壁厚稳定加工控制难题，最初，项目团队就镜像铣的核心技术拟定过三条技术路线：第一条是买世界最先进的,第二条是与国内顶尖厂商合作研发，第三条是攻坚克难拓璞自研。

经过两年的“折腾”，大家发现，采购世界最先近的部件仍达不到镜像铣性能提升要求，而与国内专业厂家的联合研发也以厂家研发失败而告终。没办法，就剩下第三条路：组织攻关团队自主研发。又经过一年的努力，项目团队终于成功实现了加工壁厚的高精度控制。

“高强度材料加工需要强大切削力，但零件刚性强；加工时最怕遇到软东西。”项目第一完成人、离岗创业的上海交通大学机械与动力工程学院教授王宇晗对此解释说，团队发明的“镜像铣”工艺就是把蒙皮当成镜面，一面是刀具，另一面是局部支撑，和刀具同步运动，从而增加零件局部刚性。

为此，团队经历大量算法尝试与验证，发明工件壁厚稳定测量与控制技术，测厚精度较国际水平提升4倍，可加工最小壁厚范围提高30%，壁厚精度提高5倍。最终，该技术不仅专业应用于镜像铣加工场景，核心参数也全面领先竞争对手，还实现了核心零部件的全国产化。在大家看来，这一过程和结果充分证明一个道理：核心技术买不来，而是需要企业自身做好技术沉淀去孕育出来。

◆以柔克柔突破大尺寸蒙皮变形加工难题◆

记者了解到，相比于常规刚性零件的加工工艺，镜像铣柔性工艺在国内可以说是一种全新的工艺，与之配合的工艺软件也是经历了从无到有，从不成熟到成熟的过程，经过持续总结和迭代，实现了镜像铣工艺过程自动化数字化加工，“以柔克柔”突破大尺寸蒙皮变形加工难题，保障了大飞机数百种蒙皮的柔性生产，并满足大飞机蒙皮装配要求。

如今，申请团队经过十余年努力，在多项国家科技项目支持下，项目突破了传统数控机床只能加工刚性零件的限制，发明了大型柔性零件的精密加工方法，发明了镜像铣装备、控制和工艺的新技术，解决了飞机和火箭超大超薄柔性曲面的绿色高精高效加工难题。

我国有庞大工业基础，应用需求推动制造水平的提升，特别是航空航天业近年飞速发展也为企业带来了机遇。项目组还创新研制了全球首台立式双五轴镜像铣装备，加工角度范围较国际水平提高70%，满足了新一代火箭整体箱底/大弯曲角度加工需求，且最薄壁厚仅为一张身份证的厚度，提高了火箭有效载荷。研制出的全球尺寸最大的12米卧式双五轴镜像铣装备，空间精度要比国际水平提高1倍，解决了多种型号飞机大尺寸蒙皮精密加工难题。

此次获奖项目是国内首次研制出大型飞机曲面蒙皮/火箭箱底双五轴镜像铣削技术与装备，实现了高端工业母机在大空间高精度关键指标上的提升和共性技术的突破，解决了飞机、火箭超大超薄曲面精密加工难题，为国产大飞机、长征系列运载火箭、登月舱等制造零件。项目还获发明专利24项、软件著作权15项，发表SCI论文30余篇。

今年6月，从控制器到核心部件全部自主研发、本地生产的拓璞卧式五轴车铣复合加工中心i500也将投入市场。这台能够精度达到2微米，即头发丝直径的1/50的全自动车铣机床可用于复杂零件加工，能够替代传统4-5台机床的工作，亦将为民用产品的精密加工贡献力量。

青年报·青春上海记者刘昕璐

编辑:张红叶