上海科技奖｜为国产大飞机制作蒙皮，这个企业打响中国制造的全球影响力

蒙皮镜像铣削加工。本文图片均由 上海拓璞数控科技股份有限公司 供图

厚度如同鸡蛋壳一般，飞机蒙皮作为高价值超薄零件，单件价值高达百万元人民币，更是决定飞行器安全可靠的关键零件。

如今，这一关键零件的制作工艺在中国获得了突破，更实现了全球领先。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，摘得2022年度上海市技术发明奖特等奖。

该项目实现了国内首次自主研发卧式双五轴镜像铣装备的研发，并创新研发了全球首台立式双五轴镜像铣，满足了新一代火箭箱底整体结构大角度加工需求。

其中，上海拓璞自主研发的双五轴镜像铣削机床，在全球仅有三家企业拥有，解决了国际公认的“大尺寸大柔性超薄曲面无法采用常规机械铣削加工”的制造难题，也为中国大飞机和空间探索事业的发展提供了有力的制造重器。

镜像铣生产线。

突破超薄蒙皮壁厚控制难题

飞机蒙皮均为超薄零件，和鸡蛋壳厚度差不多，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，面临壁厚稳定加工控制难题。 

上海交通大学机械与动力工程学院教授，也是项目第一完成人王宇晗介绍，关于镜像铣的核心技术最初拟定了三条技术路线，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。

结果，经过2年的折腾，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。没办法，就剩下第三条路，组织攻关团队自主研发。

双五轴镜像铣削原理。

“高强度材料加工需要强大切削力，但零件刚性强，最怕遇到软东西，”王宇晗解释，团队发明“镜像铣”工艺——把蒙皮当镜面，一面是刀具，另一面是局部支撑，和刀具同步运动，增加零件局部刚性。而且大型飞机蒙皮是多种类大柔性工件，曲面上的轮廓变形达设计精度100倍，镜像的两个机械手必须精密运动，要像“大足球场上同时快速奔跑的两个运动员，脚下的两个足球必须达到完全相同的轨迹”。

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；发明的镜像铣柔性编程加工工艺方法，匹配精度较刚性工件匹配方法提高了10倍，轮廓加工精度较国际水平提高40%。

铣削加工。

让中国实现高端制造

中国要实现高端制造，就必须要有自主研发的装备，而科技创新的制度支持正是制度改革。王宇晗告诉记者，这也是一次高校科研人员成功创业的经验，正是团队的成果得到了上海交大和上海市政府的支持，大家看好这一技术未来将为国家高端制造作出贡献。于是，王宇晗破格从上海交大离岗创业，开始为市场研发真正的制造重器。

箱底镜像铣设备。

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、运载火箭等提供高精度高性能关键零件。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，团队也成为全球掌握镜像铣技术的三个研究团队之一。

“上海是有人才优势的，这里聚集机械、控制、软件等方面的人才，上海政府也很有前瞻眼光给我们很大的支持。”王宇晗透露，企业曾得到上海市技术重大专项的支持，初步解决发展初期的研发经费，“即便是现在，我们的研发经费也达到20%-30%，远高于全国数控机床产业平均5%的研发经费投入。因此，人才和地方支持都很重要。”

很快，从控制器到核心部件全部自主研发、本地生产的拓璞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（头发丝直径的1/5050分之一）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，也将为民用产品的精密加工贡献力量。