近日，國產大飛機蒙皮製造取得新的技術突破。記者從上海拓璞數控科技股份有限公司獲悉，這家企業研發的雙五軸映象銑裝備實現了航空濛皮“一次掃描、連續加工”，較映象銑傳統加工時長縮短80%以上。其中，6米×2米×2毫米典型蒙皮滾彎件的全特徵加工時長縮短至3小時以內，4米×3米×6毫米典型蒙皮滾彎件的全特徵加工縮短至4小時以內，壁厚誤差控制在-0.04毫米—0.07毫米，同時可保證輪廓加工精度合格。
上海拓璞是國內唯一一家、全球三家之一的研製出雙五軸映象銑並實現工程化應用的企業，已在航空航天領域交付27臺/套映象銑裝備，為我國航空航天薄壁件的綠色製造提供了有力支撐。去年，上海拓璞董事長兼總經理、上海交通大學教授王宇晗帶領團隊完成的“航空航天大型曲面蒙皮/箱底雙五軸映象銑削技術與裝備”專案獲得上海市技術發明獎特等獎。
攻克映象銑加工“雞蛋殼”難題
王宇晗教授介紹，國產大飛機和運載火箭對可靠性、輕量化、大載荷的效能提出了很嚴苛的要求。蒙皮是決定飛機疲勞壽命的主承載零件，佔機身面積的80%，重量的21%。國產大飛機的蒙皮採用輕量化、高強度的鋁鋰合金材料，需要減薄加工出10層厚度，最薄僅和雞蛋殼差不多。傳統的化學腐蝕銑工藝很難達到這一要求，而且會帶來很大汙染。
汙染大、效率低的傳統化銑
在航天領域，燃料貯箱箱底是火箭發射載荷的主承力零件。新一代運載火箭採用液氫液氧燃料，需要保障貯箱在極端低溫條件下的承載能力，所以必須用整體箱底代替傳統拼焊箱底。
飛機蒙皮和火箭燃料貯箱箱底都屬於大尺寸、大柔性超薄曲面，為了破解這兩個製造難題，王宇晗團隊從2010年起，在上海市重大技術裝備研製計劃的支援下，走上了攻關映象銑技術的道路。
映象銑裝備堪稱加工大尺寸、大柔性超薄曲面的神器。它將蒙皮等加工物件作為鏡面，其兩側分別是銑削刀具和支撐測量裝置，後者能起到區域性支撐作用，增加蒙皮等零件的剛性。支撐測量裝置和銑削刀具必須做準確的同步運動，並在加工過程中根據零件的厚度、剛性變化實時調整銑削力度，才能在加工薄壁件時不把零件扎破。
飛機蒙皮映象銑削加工
2013年研製出火箭箱底映象銑樣機，2016年研製出飛機蒙皮映象銑樣機，採用壁厚僅1毫米映象銑箱底的運載火箭2022年完成首飛……上海拓璞在工信部、國家自然科學基金委、上海市經信委、上海市科委和閔行區政府的支援下，過去10年來取得一系列突破，終於成為全球掌握映象銑技術的三家企業之一。
在製造車間，記者看到了雙五軸映象銑裝備的加工場景：一張巨大的飛機蒙皮，豎立在機床加工室裡。一臺映象銑裝備的兩個機械裝置從左右兩邊對準蒙皮，透過同步運動進行銑削加工。“這種映象銑裝備的加工精度非常高，蒙皮兩邊的銑削刀具和支撐測量裝置同步快速運動，要像鏡子兩邊的物體和影像那樣，保持高度一致。”王宇晗說。
映象銑加工現場
高校支援教授長期“離崗創業”
談及企業在先進製造業領域打破國外壟斷的原因，這位既做董事長、又當教授的科學家說，上海交大支援他長期離崗創業，是一個重要因素。
對高校而言，教師離崗創業是一種比較難落地的改革舉措，這方面的成功案例並不多，然而十多年前，王宇晗就透過學校“特批”走上了這條道路。為此，他對上海交大老校長林忠欽院士十分感激，因為林校長支援他將大量時間用於辦企業，為高水平科技成果的轉化和產業化開闢了綠色通道。
據介紹，上海拓璞是由5位上海交大博士與機床行業企業家、工程技術人員聯合創立的，他作為交大教授，常年深度參與企業研發和管理工作，並帶領博士和研究生開展產品技術攻關。目前，公司已研製出智慧製造的八大板塊產品，包括中小五軸聯動數控加工中心、龍門五軸加工中心、臥式五軸翻板銑加工中心、碳纖維輕量化超高精度加工中心、機器人自動制孔裝置、大型攪拌摩擦焊接、雙五軸映象銑加工系統等。
雙五軸機床映象銑削原理
在16年的企業發展歷程中，王宇晗對科研人員創業有不少感悟。第一個感悟，是要專注，創業團隊應堅持科技成果轉化和產業化的戰略方向，承擔高校科研人員從事前沿研究、攻關核心技術的使命，“不能只想著賺錢”。
第二個感悟，是要有產品思維，完成從科研人員到產品開發人員的角色轉變。“技術研發和產品開發是不一樣的，高校老師創業後，要學習如何開發產品。”王宇晗回憶，“完成第一輪融資後，我們研發出精度達標的五軸機床，沒想到客戶退貨，說機床漏水跑油。這是質量問題，與核心技術沒什麼關係。後來我發現，開發產品的經費投入是攻關核心技術投入的10倍以上。”
第三個感悟，是要懂企業研發管理，完成從科學家到企業家的角色轉變。近年來，上海拓璞研發人員增至200多人，數百個專案同時執行。規模擴大伊始，由於公司沒有成熟的管理體系，出現了交貨延期、產品質量不穩定等棘手問題。痛定思痛，王宇晗帶領團隊學華為、學管理，建立了研發組織流程和質量控制體系，讓公司重新走上正軌。
上海市科委科普專案資助（專案編號：23DZ2305200）
欄目主編：黃海華
來源：作者：俞陶然