揭秘上海科技奖特奖：为飞机、火箭制“外衣”

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在航空领域，蒙皮是决定飞机疲劳寿命的主承载零件，占机身面积80%，重量 21%。在国产大飞机上，蒙皮已采用了轻量化高强度的铝锂合金新材料，最薄处仅和鸡蛋壳差不多。国产大飞机能够自主生产精度如此之高的关键部件，离不开一项关键国产设备的诞生。

2023年5月26日，2022年度上海市科学技术奖授奖揭晓。上海交通大学王宇晗团队“航空航天大型曲面蒙皮/箱底双五轴镜像铣削技术与装备”项目获技术发明奖特等奖。

在传统飞机蒙皮生产技术中，一般采用化铣方式进行加工，也带来了精度低、污染重等问题。尤其是大尺寸大柔性超薄曲面材料生产过程中，无法采用常规机械铣削加工， 这是国际公认的制造难题。

而随着国产大飞机和运载火箭项目“上马”，对于高端铣削设备的需求也更加紧迫。如何解决这一难题，当时项目团队提出“三条”路径来实现我国航空、航天领域的自立自强。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，第三条是攻坚克难实现自研。

经过两年的努力，我国相关机构发现采购世界最先进的部件仍达不到镜像铣性能提升要求，与国内专业厂家的联合研发也以厂家研发失败而告终。摆在中国科研人面前的只有组织攻关团队自主研发这一条道路。

在“鸡蛋壳”材料上，跳出高精度加工之“舞”

在航空航天界，有一句至理名言：“要把一克重量送上天，需要花费一克黄金。”包裹在飞机外壳的蒙皮，为了降低减轻重量而被加工成如同鸡蛋壳一样薄，以至于只要用手指轻轻一压，蒙皮就会发生变形。

过去，为了加工一张飞机蒙皮，需要将其放在化学试剂里浸泡腐蚀，通过22道化铣工序，产生大量污染之后才能制作完成。如今，通过高精度数控机床，以及“一托一刀”的对称精准同步运动设计，上海拓璞数控科技有限公司实现了在“鸡蛋壳”上高精度“舞蹈”。

项目负责人同时也是拓璞创始人、上海交通大学机械与动力学院教授王宇晗说，将高精尖技术从实验室转化到企业最终走向市场的“习舞”之路，是一条充满荆棘的道路，也是一条充满希望的自主创新之路。

自主研发，突破镜像铣核心技术

王宇晗清楚地记得，刚开始投入自主研发时，镜像铣把工件铣穿的事故，如同家常便饭，几乎天天都会发生。在不断研发过程中，研究团队给镜像铣安装了压力、厚度、位移等各种传感器，同时不断迭代更新控制软件。慢慢地，铣穿工件的出现频率不断降低，直到完全归零。此后整整3年里再没有出现过一次。随后，研究团队提出了应力线封闭的空间框中框新构型，发明了卧式双五轴装备新结构和双五轴空间精度和同步精度检测仪器，镜像铣空间精度、同步精度达到国际领先水平。拓璞数控研制的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%，加工的最薄壁厚仅为一张身份证的厚度；研制的全球尺寸最大的12米卧式双五轴镜像铣装备，空间精度比国际水平提高1倍，解决了大尺寸蒙皮精密加工难题；发明了柔性装卡-在机建模-加工规划成套工艺系统与软件实现了任意形状蒙皮的快速装卡与自动化生产，大大提升了加工效率。

上海拓璞提供的资料显示，研制成功后，国内所有镜像铣装备均由该企业提供。上海拓璞实现了蒙皮从化铣到镜像铣的升级换代。目前，该技术应用于我国航空航天重点企业，有力支撑了我国大飞机及运载火箭等型号的研制与批产。

傲立航空航天，发力通用市场

基于多年的技术积累，拓璞数控以市场需求为导向持续行业创新，于2023年初推出高端五轴车铣复合i500。凭借高精度、高稳定性、高效率，i500能有效助力客户解决金属加工难题，实现企业降本增效。拓璞董事长王宇晗：整个厂房占地18000平，这是我们的纯国产设备，它整个核心部件全是我们拓璞的，能解决现在国内的‘卡脖子’问题，中国机床的骄傲——首台套“双五轴联动数控机床”横空出世，实现高端装备制造“零”的突破；数十年潜心攻关“人工骨”，打破国外垄断造福患者；锚定新材料领域“核爆点”，引领“介孔世界”从0到10的全过程创新。本年度上海科技奖成果里，蕴含着创新的“上海特点”，更是科研人员攻克“卡脖子”难题的底气。

王宇晗团队的科研之路，是中国高端工业母机从被“卡脖子”走向“自强”的缩影。

来自星星的猩猩

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