一張巨大的飛機蒙皮，豎立在機床加工室里。一臺臥式雙五軸鏡像銑裝備的兩個機械裝置從左右兩邊對準蒙皮，通過同步運動進行銑削加工。上海交通大學(xué)機械與動力工程學(xué)院教授、上海拓璞數(shù)控科技股份有限公司董事長兼總經(jīng)理王宇晗介紹：“這種鏡像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一樣保持高度一致?！?/p>
今天，王宇晗帶領(lǐng)團隊完成的“航空航天大型曲面蒙皮/箱底雙五軸鏡像銑削技術(shù)與裝備”項目獲得上海市技術(shù)發(fā)明獎特等獎。這個項目的成果打破國外壟斷，實現(xiàn)了我國飛行器關(guān)鍵零件銑削裝備的國產(chǎn)化，加工精度達到國際領(lǐng)先水平。
“這些年，我一直處于離崗創(chuàng)業(yè)狀態(tài)，是交大和政府的支持推動這些成果實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。”王宇晗感慨道。
攻克鏡像銑加工“雞蛋殼”難題
國產(chǎn)大飛機和運載火箭對可靠性、輕量化、大載荷的性能提出了非常嚴苛的要求。蒙皮是決定飛機疲勞壽命的主承載零件，占機身面積的80%，重量的21%。國產(chǎn)大飛機的蒙皮采用輕量化、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(tǒng)的化學(xué)腐蝕銑工藝很難達到這一要求，而且會帶來很大污染。
飛機蒙皮鏡像銑削加工
燃料貯箱箱底是火箭發(fā)射載荷的主承力零件，新一代運載火箭采用液氫液氧燃料，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?zhèn)鹘y(tǒng)拼焊箱底。在拓璞數(shù)控研制出全球首臺立式雙五軸鏡像銑裝備前，國內(nèi)外尚無整體箱底的精密加工手段。
飛機蒙皮和火箭燃料貯箱箱底都屬于大尺寸、大柔性超薄曲面，為了破解這兩個制造難題，王宇晗團隊從2010年起，在上海市重大技術(shù)裝備研制計劃的支持下，走上了攻關(guān)鏡像銑技術(shù)的道路。
鏡像銑裝備堪稱加工大尺寸、大柔性超薄曲面的神器，它將蒙皮等加工對象作為鏡面，其兩側(cè)分別是銑削刀具和支撐測量裝置。后者能起到局部支撐作用，增加蒙皮等零件的剛性。它和銑削刀具必須做準確的同步運動，并在加工過程中根據(jù)零件的厚度、剛性變化實時調(diào)整銑削力度，以免把零件扎破。
雙五軸機床鏡像銑削原理
2013年研制出火箭箱底鏡像銑樣機，2016年研制出飛機蒙皮鏡像銑樣機，采用壁厚僅1毫米鏡像銑箱底的運載火箭2022年完成首飛……上海交大和拓璞數(shù)控團隊在工信部、國家自然科學(xué)基金委、上海市經(jīng)信委、上海市科委、閔行區(qū)政府的支持下，終于攻克了世界難題，成為全球掌握鏡像銑技術(shù)的三個科研團隊之一。
“飛機蒙皮是高價值超薄零件，單件價值高達上百萬元。我們公司開發(fā)的第一代鏡像銑裝備經(jīng)常把工件銑穿，可不敢交給客戶使用。”控制技術(shù)負責(zé)人姚彬回憶，那時他與畢慶貞教授等人經(jīng)常開會，分析工件銑穿的原因，解決鏡像銑的安全防護問題。為此，他們發(fā)明了壁厚測量與閉環(huán)控制技術(shù)，將壁厚加工精度提高了5倍。近三年來，銑穿工件的情況一次也沒發(fā)生過。
教授分享科研人員創(chuàng)業(yè)三個感悟
談及上海交大和拓璞數(shù)控團隊緊密合作的原因，王宇晗說，拓璞數(shù)控是由5位上海交大博士與機床行業(yè)企業(yè)家、工程技術(shù)人員聯(lián)合創(chuàng)立的，他作為交大教授，常年深度參與企業(yè)研發(fā)和管理工作，并帶領(lǐng)博士和研究生開展產(chǎn)品技術(shù)攻關(guān)。
“這次獲得特等獎，交大的支持是非常重要的因素。是學(xué)校特批，讓我這些年一直在離崗創(chuàng)業(yè)?！蓖跤铌细嬖V記者。對高校而言，教師離崗創(chuàng)業(yè)是一種比較難落地的改革舉措，這方面的成功案例并不多，然而十多年前，王宇晗就通過“特批”走上了這條道路。為此，他對老校長林忠欽院士十分感激，因為林校長支持他將大量時間用于辦企業(yè)，為高水平科技成果的轉(zhuǎn)化和產(chǎn)業(yè)化開辟了綠色通道。
運載火箭燃料貯箱箱底鏡像銑設(shè)備
在16年的企業(yè)發(fā)展歷程中，王宇晗對科研人員創(chuàng)業(yè)有不少感悟。第一個感悟，是要專注，創(chuàng)業(yè)團隊應(yīng)堅持科技成果轉(zhuǎn)化和產(chǎn)業(yè)化的戰(zhàn)略方向，承擔高?？蒲腥藛T從事前沿研究、攻關(guān)核心技術(shù)的使命，“不能只想著賺錢”。
第二個感悟，是要有產(chǎn)品思維，完成從科研人員到產(chǎn)品開發(fā)人員的角色轉(zhuǎn)變?！凹夹g(shù)研發(fā)和產(chǎn)品開發(fā)相去甚遠，高校老師是不懂產(chǎn)品開發(fā)的?！睂@一點，王宇晗深有感觸，“記得完成第一次1500萬元融資后，我們攻克核心技術(shù)，研發(fā)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(zhì)量問題，與核心技術(shù)沒什么關(guān)系，但客戶不會因為我們掌握了核心技術(shù)就認可這些產(chǎn)品。后來我發(fā)現(xiàn)，開發(fā)產(chǎn)品的經(jīng)費投入是攻關(guān)核心技術(shù)投入的10倍以上?！?/p>
第三個感悟，是要懂企業(yè)研發(fā)管理，完成從科學(xué)家到企業(yè)家的角色轉(zhuǎn)變。早些年，拓璞數(shù)控的產(chǎn)品研發(fā)項目不多，管理問題沒有凸顯出來。近年來，公司研發(fā)人員增至200多人，數(shù)百個項目同時運行。規(guī)模擴大伊始，由于公司沒有成熟的管理體系，出現(xiàn)了交貨延期、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定等棘手問題。痛定思痛，王宇晗帶領(lǐng)團隊開始學(xué)華為、學(xué)管理，建立了研發(fā)組織流程和質(zhì)量控制體系，讓公司重新走上正軌。
拓璞數(shù)控研發(fā)的高端五軸機床
高校教師的“轉(zhuǎn)型”創(chuàng)業(yè)，實現(xiàn)了雙五軸鏡像銑這類高端工業(yè)母機的國產(chǎn)化，有力支撐了我國大飛機和空間探索事業(yè)的發(fā)展。如今，拓璞數(shù)控已完成“降維打擊”，開發(fā)出適用于新能源汽車等領(lǐng)域的“高端五軸車銑復(fù)合加工中心i500”，其售價約為德國、日本進口產(chǎn)品的一半，正在開拓國產(chǎn)高端工業(yè)母機的市場。
高校教師的“轉(zhuǎn)型”創(chuàng)業(yè)，實現(xiàn)了雙五軸鏡像銑這類高端工業(yè)母機的國產(chǎn)化，有力支撐了我國大飛機和空間探索事業(yè)的發(fā)展。如今，拓璞數(shù)控已完成“降維打擊”，開發(fā)出適用于新能源汽車等領(lǐng)域的“高端五軸車銑復(fù)合加工中心i500”，其售價約為德國、日本進口產(chǎn)品的一半，正在開拓國產(chǎn)高端工業(yè)母機的市場。本文作者：俞陶然
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