双五轴镜像铣削机床铣削加(jia)工图
2022年度上海市技术发明奖(jiang)特等奖
“航空航天大型(xing)曲面蒙(meng)皮/箱(xiang)底双五轴镜像铣削(xue)技术与装备”项(xiang)目
加工刀具灵活高速运行，五轴联动的机床上(shang)，一(yi)张大型铝合金蒙(meng)皮正被精雕细琢，加工出的轮廓(kuo)图样如同迷宫一般，最薄之处如同蛋壳。这(zhe)是上海拓璞数(shu)控科技股份有限(xian)公司自主研发的双五轴镜像铣削机(ji)床，在全球也仅有三家企业拥有，解决了国际公认的“大尺寸大柔性超薄曲面无法采用常规(gui)机(ji)械铣削加(jia)工(gong)”的制造难题，也为我国(guo)大飞机和空间(jian)探索事业(ye)的发展提供了有力的制造重器。
这背后是上(shang)海交通大学、上海拓璞数控(kong)科技股(gu)份有限(xian)公司、上(shang)海飞机制造有(you)限公司、上海航天(tian)设备制造总厂有限公司、天津航(hang)天长征火箭制造有限公司、成都飞机工(gong)业（集团）有限责任公司共同完成的“航空(kong)航天大型曲面蒙皮/箱底双五(wu)轴镜像铣削技术与装备”项(xiang)目，该项目摘得2022年度上海市技(ji)术(shu)发明奖(jiang)特等(deng)奖。
突破精密制造难关
飞机蒙皮和火箭燃料贮箱箱底是承受(shou)飞行器载荷、决定飞行器(qi)安全可靠的(de)关键零件，单件价(jia)值高达百万元，但是要在大尺寸大柔性的曲面上(shang)进行精细加工非常困难。比如(ru)飞机蒙皮加(jia)工过程(cheng)动态变形达壁厚精度60倍，极易出现(xian)壁(bi)厚(hou)不均、铣(xi)穿扎(zha)洞等问题。“高强度材料加工需要强大切削力，但零件刚(gang)性极差，是(shi)加工中最怕遇到的软东西，”项目第一完成人、上海交通大学机械与动力工程学院教授王宇晗解释，团队发明“镜像铣”技术——把(ba)蒙皮(pi)当镜面，一面是刀具，另一面是局部(bu)支撑，和刀具同步运(yun)动，增加零件局(ju)部刚性。
而且大型飞机蒙皮是(shi)多种类大柔性工件，曲(qu)面上的轮廓变形达设计(ji)精度100倍，镜(jing)像的两个机械手必须同步精密运动，要像“大足球场上同时(shi)快速奔跑的两(liang)个运动员，脚下的两个足(zu)球必须达到完全相同的轨(gui)迹”。团队经历了大量算法尝试与验证，发明了实时跟踪工件法向超声动态稳定测厚与闭环控(kong)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(wei)提(ti)高30%，壁厚精度提高5倍；发明的镜像铣柔性编程加工工艺方法，匹配精度较刚性工(gong)件匹(pi)配方法(fa)提高了10倍，轮(lun)廓加工精度较国际水平提高40%。
让中国制造全(quan)球领先
“五轴(zhou)机(ji)床曾经对中国(guo)来说是遥(yao)远得(de)‘不可触(chu)碰’的高科技。”王(wang)宇晗回忆起十(shi)多年前(qian)的情景时说，相比三轴，五轴机床带来(lai)更多自(zi)由度的精密加工(gong)能(neng)力，却也意味着更为复杂的数控系(xi)统和机械构造，本质除了机械问题还要解决基础数学难题。当时(shi)在上海交大，团队研发出第一台五轴(zhou)机床原型机(ji)，也在学术领域获得突破。
中国要实现高端制造(zao)，就必须有(you)自己的装备(bei)。王宇晗团队的成果得到了(le)上(shang)海交(jiao)大和上海市政府的支持，大家感(gan)受到这一技术未来将为国家高端制造作出贡献。于(yu)是，王宇晗破格从上海交大离岗创业，开(kai)始为市(shi)场研发真正的(de)制(zhi)造重器。
我国有庞大工业基础，应用需求(qiu)推动制造水平的提升，特(te)别是航空航天业近(jin)年(nian)的飞速发展也为企(qi)业(ye)带(dai)来了机遇。面对真实的市场需(xu)求(qiu)，团队(dui)发(fa)现即使是(shi)购(gou)买世界最先进部件或机床仍然达不(bu)到最佳性能、精度要求(qiu)，唯有自主研发、不断根据需求迭(die)代、服务市场，才(cai)能真(zhen)正让先进的核心技术发挥作用。项目组提出了应(ying)力线封闭的空间框中框新构型，发明了卧式双(shuang)五(wu)轴装备新结构和双五(wu)轴空间精度和同步精度检(jian)测仪器，使得镜像铣空间精度、同步精度达到国际领先水平。
扎根上海服务全国
此次获奖项目是国内首次研制出大(da)型飞机曲面(mian)蒙皮/火箭箱底双五轴镜像铣削技术(shu)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(xing)技术的突破，解决了飞机、火(huo)箭超大超薄曲面精密加工难题，为国产大飞(fei)机(ji)、长(zhang)征系列(lie)运载火箭、登月舱等解决了关键零件的工艺瓶颈。项目还获发明专(zhuan)利24项、软件著(zhu)作权15项，发表sci论文30余篇，团队(dui)也成为全球掌握镜像铣技术(shu)的(de)三个研究团队之一。
“高端制(zhi)造背后(hou)要有一定高度的理论学术(shu)水平支撑。上(shang)海是有人才优势的，这里聚集机械、控制、软件等方面的人才(cai)，上海政府也(ye)很有(you)前瞻眼光给我们很大的支持。”王宇晗透露，企(qi)业曾得到上海市重大装备技术专项的支持，初步解决发展初期的研发经费，“即便是现在，我们的研(yan)发经费也(ye)达到20%-30%，远高于全国数控机床产业平均不到5%的(de)研发经费(fei)投(tou)入。因此(ci)，人才和地方支持都很重要(yao)。”
6月，从控制器到核心部件全部自主研发(fa)、本(ben)地(di)生产(chan)的拓(tuo)璞卧式五轴(zhou)车铣复合(he)加工中心也将投入市场。这台加工(gong)精度达到2微米(mi)（头发丝直径的50分之一）的(de)全(quan)自动车铣(xi)复合机床(chuang)可用(yong)于复杂零(ling)件加工，能够替代传统4—5台机床的(de)工作效率，也将为民用产品的精密加(jia)工贡献力量。记者 易蓉
