双(shuang)五(wu)轴(zhou)镜像(xiang)铣削(xue)机(ji)床铣削(xue)加(jia)工(gong)图(tu)
2022年(nian)度(du)上(shang)海(hai)市技(ji)术(shu)发(fa)明奖(jiang)特等(deng)奖(jiang)
“航空(kong)航天(tian)大型曲(qu)面蒙皮/箱(xiang)底双(shuang)五(wu)轴(zhou)镜像铣(xi)削技(ji)术与(yu)装备”项(xiang)目
加(jia)工(gong)刀具(ju)灵(ling)活高(gao)速运(yun)行，五轴(zhou)联动(dong)的(de)机床上(shang)，一(yi)张大型(xing)铝(lv)合(he)金蒙(meng)皮正被精雕细(xi)琢，加(jia)工出(chu)的(de)轮(lun)廓(kuo)图(tu)样(yang)如同(tong)迷宫(gong)一(yi)般，最(zui)薄之(zhi)处(chu)如(ru)同蛋壳。这是上海拓(tuo)璞数控科(ke)技(ji)股份(fen)有(you)限(xian)公(gong)司自主研(yan)发的双五轴镜像铣削机床，在(zai)全(quan)球也(ye)仅(jin)有(you)三家(jia)企(qi)业(ye)拥有(you)，解(jie)决了国际公认(ren)的“大尺寸大(da)柔(rou)性(xing)超(chao)薄曲(qu)面无(wu)法(fa)采用(yong)常规(gui)机(ji)械(xie)铣(xi)削加工(gong)”的(de)制造难题，也(ye)为我国(guo)大(da)飞机(ji)和(he)空间探索(suo)事业(ye)的(de)发(fa)展提(ti)供(gong)了(le)有(you)力(li)的(de)制(zhi)造重器(qi)。
这背后(hou)是上(shang)海交通(tong)大学(xue)、上(shang)海(hai)拓(tuo)璞数控(kong)科技(ji)股(gu)份(fen)有限公(gong)司(si)、上海飞机制(zhi)造(zao)有(you)限(xian)公司(si)、上(shang)海航天设(she)备制(zhi)造总厂(chang)有限公司(si)、天(tian)津航(hang)天长(zhang)征(zheng)火(huo)箭(jian)制造有限公司(si)、成都(dou)飞(fei)机工(gong)业(ye)（集(ji)团）有限责任公司(si)共同(tong)完(wan)成(cheng)的(de)“航空(kong)航天大型(xing)曲(qu)面(mian)蒙皮(pi)/箱(xiang)底双(shuang)五(wu)轴(zhou)镜像(xiang)铣(xi)削技术(shu)与装备”项(xiang)目，该(gai)项(xiang)目(mu)摘(zhai)得(de)2022年(nian)度(du)上海市(shi)技术发(fa)明(ming)奖(jiang)特等奖(jiang)。
突破(po)精密(mi)制造难(nan)关
飞(fei)机蒙皮(pi)和火(huo)箭燃(ran)料(liao)贮(zhu)箱(xiang)箱(xiang)底是承(cheng)受(shou)飞行(xing)器(qi)载(zai)荷、决(jue)定(ding)飞(fei)行器安全(quan)可(ke)靠的关键零(ling)件，单(dan)件(jian)价(jia)值(zhi)高(gao)达(da)百(bai)万(wan)元，但是(shi)要在大尺(chi)寸大柔(rou)性的曲面上进(jin)行精细加(jia)工非(fei)常(chang)困难。比如飞机蒙(meng)皮加(jia)工过程动(dong)态变(bian)形达壁(bi)厚精(jing)度(du)60倍，极易(yi)出(chu)现(xian)壁(bi)厚不均(jun)、铣穿(chuan)扎洞等问(wen)题。“高(gao)强度(du)材料(liao)加工需要强大(da)切(qie)削(xue)力，但零(ling)件(jian)刚(gang)性(xing)极差，是(shi)加(jia)工中最(zui)怕遇(yu)到(dao)的软(ruan)东(dong)西(xi)，”项(xiang)目(mu)第(di)一(yi)完(wan)成(cheng)人、上海交通(tong)大学(xue)机械与(yu)动力(li)工程(cheng)学院(yuan)教授(shou)王(wang)宇晗解释，团队(dui)发(fa)明“镜像(xiang)铣”技术(shu)——把(ba)蒙(meng)皮当镜(jing)面(mian)，一(yi)面是刀具，另一(yi)面是(shi)局部支(zhi)撑，和(he)刀(dao)具(ju)同(tong)步运(yun)动，增加(jia)零件(jian)局部刚(gang)性。
而且大(da)型(xing)飞(fei)机(ji)蒙(meng)皮(pi)是(shi)多(duo)种(zhong)类大柔性(xing)工(gong)件(jian)，曲(qu)面上(shang)的(de)轮(lun)廓变(bian)形(xing)达设(she)计精度100倍，镜像(xiang)的两个(ge)机(ji)械(xie)手必须(xu)同步(bu)精(jing)密运动，要(yao)像(xiang)“大(da)足球(qiu)场上(shang)同(tong)时快速(su)奔(ben)跑的(de)两(liang)个(ge)运动(dong)员，脚下(xia)的两个足(zu)球必须(xu)达(da)到(dao)完全(quan)相同(tong)的轨(gui)迹”。团队经历了大(da)量(liang)算(suan)法(fa)尝试(shi)与验(yan)证(zheng)，发明(ming)了实(shi)时跟(gen)踪工件法向超(chao)声动(dong)态稳(wen)定(ding)测厚与(yu)闭(bi)环控(kong)制技(ji)术(shu)，测(ce)厚精度较国(guo)际(ji)水平(ping)提(ti)升(sheng)4倍，可加(jia)工(gong)最小(xiao)壁厚范围提高(gao)30%，壁厚精(jing)度(du)提高(gao)5倍；发(fa)明的镜(jing)像铣(xi)柔性编程加(jia)工(gong)工艺方(fang)法，匹(pi)配精度(du)较(jiao)刚性(xing)工件(jian)匹配(pei)方法提高(gao)了10倍，轮(lun)廓(kuo)加工精(jing)度(du)较(jiao)国(guo)际(ji)水平(ping)提(ti)高40%。
让中(zhong)国制造(zao)全(quan)球领(ling)先
“五轴机床曾(ceng)经(jing)对中(zhong)国(guo)来(lai)说是遥远得‘不(bu)可(ke)触(chu)碰(peng)’的高(gao)科(ke)技(ji)。”王(wang)宇(yu)晗回忆(yi)起十(shi)多年前(qian)的(de)情景(jing)时(shi)说，相比(bi)三(san)轴，五轴机床(chuang)带来更多自(zi)由度(du)的精(jing)密加工能(neng)力(li)，却(que)也(ye)意(yi)味(wei)着(zhe)更(geng)为(wei)复(fu)杂(za)的(de)数(shu)控系统(tong)和(he)机械(xie)构造，本(ben)质除了机(ji)械问(wen)题(ti)还(hai)要(yao)解决基(ji)础(chu)数(shu)学难题。当(dang)时(shi)在上(shang)海(hai)交大(da)，团队(dui)研(yan)发(fa)出第(di)一台五(wu)轴(zhou)机(ji)床(chuang)原(yuan)型(xing)机，也在学术(shu)领域获(huo)得(de)突(tu)破。
中(zhong)国(guo)要(yao)实(shi)现高(gao)端(duan)制(zhi)造，就(jiu)必须有自(zi)己(ji)的装(zhuang)备(bei)。王宇(yu)晗团(tuan)队的(de)成(cheng)果得(de)到了(le)上(shang)海交(jiao)大和上(shang)海市政(zheng)府(fu)的支(zhi)持，大(da)家感受到(dao)这(zhe)一(yi)技(ji)术未(wei)来将为国(guo)家高(gao)端(duan)制(zhi)造作出(chu)贡献。于是，王宇(yu)晗破(po)格从上(shang)海(hai)交大离岗创业，开始为(wei)市(shi)场(chang)研(yan)发真正的制(zhi)造重器。
我(wo)国(guo)有(you)庞(pang)大工(gong)业基础(chu)，应用需(xu)求推(tui)动制(zhi)造水平的提(ti)升(sheng)，特(te)别(bie)是(shi)航空航(hang)天(tian)业近年(nian)的(de)飞(fei)速(su)发展(zhan)也为企业带(dai)来了(le)机遇。面(mian)对(dui)真(zhen)实的市(shi)场需(xu)求，团(tuan)队(dui)发(fa)现即(ji)使(shi)是购买(mai)世(shi)界最先进(jin)部件(jian)或(huo)机床(chuang)仍然达(da)不(bu)到最(zui)佳(jia)性能(neng)、精度(du)要求，唯有自主(zhu)研发、不(bu)断(duan)根(gen)据(ju)需求迭代、服务(wu)市(shi)场，才能(neng)真正让(rang)先进(jin)的(de)核心技术(shu)发(fa)挥(hui)作用。项目组提(ti)出了应力(li)线(xian)封闭(bi)的(de)空间(jian)框中(zhong)框(kuang)新(xin)构型，发明(ming)了卧(wo)式(shi)双(shuang)五轴装备新(xin)结构和(he)双五(wu)轴(zhou)空间(jian)精度和(he)同(tong)步(bu)精(jing)度检测仪器(qi)，使(shi)得(de)镜(jing)像(xiang)铣(xi)空(kong)间精度、同步(bu)精(jing)度(du)达到国际领先水(shui)平。
扎(zha)根上(shang)海(hai)服务(wu)全(quan)国(guo)
此(ci)次(ci)获奖项(xiang)目(mu)是(shi)国(guo)内(nei)首(shou)次(ci)研(yan)制(zhi)出大型飞(fei)机(ji)曲面蒙(meng)皮(pi)/火(huo)箭箱底(di)双(shuang)五轴(zhou)镜(jing)像(xiang)铣(xi)削(xue)技术(shu)与(yu)装(zhuang)备，实现了(le)高端工(gong)业(ye)母机(ji)在大(da)空间高(gao)精度关(guan)键指(zhi)标(biao)上的(de)提升和(he)共性技术的(de)突破，解(jie)决(jue)了(le)飞机、火箭(jian)超大(da)超(chao)薄曲(qu)面精(jing)密加工(gong)难题(ti)，为国(guo)产大飞(fei)机、长(zhang)征系列运(yun)载火(huo)箭(jian)、登(deng)月舱等(deng)解(jie)决(jue)了关键零件的(de)工艺(yi)瓶(ping)颈(jing)。项目(mu)还(hai)获发明(ming)专利(li)24项(xiang)、软件(jian)著作权(quan)15项(xiang)，发(fa)表(biao)sci论(lun)文(wen)30余(yu)篇(pian)，团(tuan)队也成(cheng)为全(quan)球(qiu)掌(zhang)握镜像铣技(ji)术的三个(ge)研究团队之(zhi)一(yi)。
“高端制(zhi)造(zao)背后要(yao)有一定高(gao)度(du)的(de)理(li)论学(xue)术(shu)水(shui)平(ping)支撑。上海(hai)是有(you)人才(cai)优势(shi)的(de)，这里(li)聚集(ji)机(ji)械(xie)、控(kong)制(zhi)、软(ruan)件等方面(mian)的人(ren)才(cai)，上(shang)海政府也很有前(qian)瞻眼(yan)光给(gei)我(wo)们(men)很大(da)的(de)支持(chi)。”王(wang)宇晗透(tou)露，企业(ye)曾得(de)到(dao)上海(hai)市重大装备(bei)技术(shu)专(zhuan)项(xiang)的支(zhi)持，初步解(jie)决发(fa)展初(chu)期(qi)的(de)研发(fa)经费，“即便是现(xian)在(zai)，我(wo)们(men)的(de)研发经(jing)费(fei)也(ye)达(da)到(dao)20%-30%，远(yuan)高于(yu)全(quan)国(guo)数控(kong)机(ji)床产业(ye)平均(jun)不(bu)到5%的(de)研发(fa)经(jing)费(fei)投(tou)入。因此，人才和地方支持(chi)都(dou)很重要。”
6月，从控(kong)制(zhi)器(qi)到核心部件全(quan)部自主研(yan)发(fa)、本地生(sheng)产(chan)的(de)拓(tuo)璞(pu)卧(wo)式五轴(zhou)车铣(xi)复(fu)合(he)加工中(zhong)心(xin)也(ye)将(jiang)投入市(shi)场(chang)。这(zhe)台(tai)加工(gong)精(jing)度(du)达到2微(wei)米（头发丝(si)直(zhi)径的50分之一）的全(quan)自(zi)动(dong)车(che)铣复(fu)合机(ji)床(chuang)可用(yong)于(yu)复杂(za)零件(jian)加工，能够替代传统(tong)4—5台(tai)机(ji)床(chuang)的(de)工作效(xiao)率(lv)，也(ye)将为(wei)民(min)用产(chan)品的(de)精密(mi)加工贡(gong)献力量(liang)。记(ji)者 易蓉(rong)
