在追求極致性能的航空航天領(lǐng)域，零件“輕一點(diǎn)”，飛行器就能“飛得更高更遠(yuǎn)”。飛機(jī)大型曲面蒙皮與運(yùn)載火箭貯箱箱底，作為維持氣動(dòng)外形、承載極端載荷的關(guān)鍵構(gòu)件，其精密制造長期受困于高污染、低精度的化學(xué)銑削工藝。鏡像銑技術(shù)的崛起與持續(xù)突破，正為我國航空航天裝備的升級(jí)注入強(qiáng)勁動(dòng)力。
瓶 頸
航空航天 “薄壁件” 傳統(tǒng)工藝制造困境
飛機(jī)蒙皮與火箭箱底制造面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。蒙皮需兼顧超輕重量與長疲勞壽命；箱底則要承受推進(jìn)劑重壓與發(fā)射載荷，對(duì)精度、表面質(zhì)量、減重和焊縫完整性要求近乎苛刻。然而，沿用半個(gè)多世紀(jì)的化學(xué)腐蝕銑（化銑）工藝，存在加工精度低、環(huán)境污染重、依賴手工作業(yè)、無法加工高性能鋁鋰合金以及難以消除大尺寸構(gòu)件壁厚不均等痼疾，成為飛行器性能躍升的瓶頸。
破 局
我國產(chǎn)學(xué)研團(tuán)隊(duì)攻克“卡脖子”的雙五軸鏡像銑技術(shù)，在多領(lǐng)域、多型號(hào)、多企業(yè)獲得廣泛應(yīng)用
鏡像銑，作為國際航空航天薄壁件制造的最前沿技術(shù)，通過雙五軸聯(lián)動(dòng)精確控制銑削頭與支撐頭的鏡像同步運(yùn)動(dòng)，利用隨動(dòng)支撐增強(qiáng)局部剛性，并實(shí)時(shí)測量控制零件輪廓與剩余壁厚。這項(xiàng)五軸機(jī)床領(lǐng)域的 “皇冠明珠”，曾長期由歐洲企業(yè)主導(dǎo)，一臺(tái)12m級(jí)鏡像銑設(shè)備要價(jià)1.1億元，還附帶“不轉(zhuǎn)讓核心技術(shù)”的苛刻條款。
在國家專項(xiàng)持續(xù)支持下，上海交大、拓璞數(shù)控、上飛、西飛和天津火箭等單位組成了跨產(chǎn)學(xué)研團(tuán)隊(duì)，歷經(jīng)十余年攻關(guān)，實(shí)現(xiàn)鏡像銑理論、技術(shù)、工藝、裝備全鏈條重大突破：發(fā)明大型柔性曲面零件鏡像銑精密加工成套技術(shù)；研制世界首臺(tái)立式雙五軸鏡像銑床及世界最大加工空間臥式雙五軸鏡像銑床研發(fā)；研發(fā)了飛機(jī)蒙皮、火箭整體箱底雙五軸鏡像銑全新工藝。成果已成功應(yīng)用于Y20超大超薄蒙皮、C919鋁鋰合金蒙皮、載人航天以及載人登月5米級(jí)火箭整體箱底等重大工程任務(wù)，成為我國高端工業(yè)母機(jī)突破封鎖的標(biāo)志。
啟 航
國產(chǎn)首臺(tái)鏡像銑裝備交付，躋身全球三強(qiáng)
2017年，上海交大與上海拓璞公司成功交付國內(nèi)首臺(tái)鏡像銑削裝備，填補(bǔ)國內(nèi)空白，使中國成為繼法國杜飛、西班牙M.Torres之后全球第三個(gè)掌握該技術(shù)的國家。該裝備攻克了大型薄壁件阻尼隨動(dòng)支撐、壁厚在線測量補(bǔ)償、機(jī)床動(dòng)態(tài)精度提升等關(guān)鍵技術(shù)，將火箭貯箱筒段壁厚公差較化銑提升5倍，被納入工信部 “砥礪奮進(jìn)的五年，重大技術(shù)裝備” 標(biāo)志性成果[1]，標(biāo)志著中國鏡像銑技術(shù)邁出自主化第一步。
跨 越
航天領(lǐng)域徑厚比極限零件制造的持續(xù)突破
1
從單曲面到雙曲面：“巨型雞蛋殼”上雕花
產(chǎn)學(xué)研團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步研制成功了3米級(jí)立式雙五軸鏡像銑，將鏡像銑應(yīng)用范圍從單曲面擴(kuò)展到雙曲面，并在天津火箭公司成功鏡像銑削直徑3.35米、壁厚僅1毫米（徑厚比3350：1）的火箭貯箱箱底。面對(duì)“巨型雞蛋殼”般的弱剛性挑戰(zhàn)，團(tuán)隊(duì)通過激光掃描形面識(shí)別、自動(dòng)測厚實(shí)時(shí)補(bǔ)償?shù)葦?shù)字化手段，攻克超大徑厚比薄壁結(jié)構(gòu)精密減薄難題，實(shí)現(xiàn)無污染、低能耗綠色制造，加工周期大幅縮短[2]。
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2
從首件到百件：效率與精度的不斷飛躍
產(chǎn)學(xué)研團(tuán)隊(duì)在航天企業(yè)不斷優(yōu)化提升鏡像銑應(yīng)用水平，在航天八院149廠，經(jīng)過3年多的努力，149廠將箱底鏡像銑技術(shù)的加工精度提升到±0.1毫米，加工周期從20天縮短至6至7天，實(shí)現(xiàn)了箱底精密加工技術(shù)指標(biāo)和生產(chǎn)效率的雙突破，讓這個(gè)“蛋殼”上的雕刻技術(shù)變得更薄、更精準(zhǔn)[3]。鏡像銑削的整體箱底不僅消除了原有箱底焊縫，極限承壓能力與可靠性也大幅提升。
2023年10月13日，上海航天149廠第100件3米級(jí)整體箱底成功下線，標(biāo)志著鏡像銑技術(shù)在航天領(lǐng)域的批量成熟應(yīng)用[4]。目前，149廠已完成了長征5號(hào)助推、長征6號(hào)甲等多個(gè)型號(hào)火箭貯箱箱底的整體鏡像銑削加工，制造效率和精度均大幅提升。
3
從3米級(jí)到5米級(jí)：挑戰(zhàn)“巨型氣球”
產(chǎn)學(xué)研團(tuán)隊(duì)在2024年實(shí)現(xiàn)航天鏡像銑技術(shù)的又一重大跨越，在天津火箭公司成功實(shí)現(xiàn)國際上首個(gè)5米級(jí)直徑整體箱底的鏡像銑加工。直徑從3.35米增加到5米，加工表面積將翻倍增加，尺寸越大越容易變形，產(chǎn)品壁厚的不均勻量也將是3米級(jí)產(chǎn)品的數(shù)倍，3.35米的立式雙五軸鏡像銑削設(shè)備無法滿足生產(chǎn)條件。
團(tuán)隊(duì)迎難而上，不僅研制出6米大跨度雙側(cè)異種構(gòu)型立式雙五軸新裝備，實(shí)現(xiàn)110度超大角度精準(zhǔn)隨動(dòng)支撐，而且還升級(jí)了智能實(shí)時(shí)測厚系統(tǒng)、變形掃描系統(tǒng)以及大直徑裝卡系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)智能濾除雜波，數(shù)據(jù)更精準(zhǔn)，效率大幅提升。φ5000mm級(jí)整體箱底鏡像銑加工技術(shù)的突破，實(shí)現(xiàn)了大直徑貯箱產(chǎn)品制造工藝從高污染低精度化銑拼焊到高精度高效綠色鏡像銑生產(chǎn)的全新超越，為加快航天強(qiáng)國建設(shè)貢獻(xiàn)力量[5]。
翱 翔
航空領(lǐng)域超大超薄和新材料復(fù)雜結(jié)構(gòu)蒙皮鏡像銑的成功應(yīng)用
1
征服鋁鋰合金新材料：護(hù)航C919高疲勞壽命
C919機(jī)身蒙皮設(shè)計(jì)疲勞壽命高于波音空客水平，并大量采用新型鋁鋰合金材料。傳統(tǒng)低精度、高污染、人工作業(yè)的化銑工藝難以實(shí)現(xiàn)鋁鋰合材料的高性能制造。C919供應(yīng)鏈曾進(jìn)口了國內(nèi)唯一一臺(tái)西班牙M.torres鏡像銑設(shè)備用于鋁鋰合金蒙皮加工，目前該像銑設(shè)備已因故障停止加工，且被M.torres拒絕維修，極大威脅到大飛機(jī)的供應(yīng)鏈安全。
面對(duì)我國大飛機(jī)蒙皮生產(chǎn)的迫切需求，上海交大帶領(lǐng)的鏡像銑產(chǎn)學(xué)研團(tuán)隊(duì)研制成功并交付了航空蒙皮臥式雙五軸鏡像銑裝備，該裝備加工精度、加工效率和加工范圍都高于國內(nèi)進(jìn)口的西班牙M.torres鏡像銑設(shè)備。突破了飛機(jī)鋁鋰合金新型材料化銑工藝無法滿足飛機(jī)高性能要求的重大工程工藝難題，滿足了C919機(jī)身蒙皮高疲勞壽命要求。目前，已為C919蒙皮生產(chǎn)供應(yīng)鏈累計(jì)提供了5條鏡像銑自動(dòng)化生產(chǎn)線，滿足了C919六十架份的產(chǎn)能需求，為我國大飛機(jī)的高可靠批量生產(chǎn)提供了關(guān)鍵支撐。鏡像銑技術(shù)先后獲得了2017年國際工業(yè)博覽會(huì)創(chuàng)新金獎(jiǎng)和2023年上海市技術(shù)發(fā)明特等獎(jiǎng)。
2
駕馭“金屬薄膜”：托舉Y20飛天夢(mèng)想
大型運(yùn)輸機(jī)運(yùn)20機(jī)身大型曲面蒙皮堪稱“金屬薄膜”。這種超大尺寸與超薄特性的結(jié)合，讓它成為典型的“極弱剛性零件”——加工時(shí)稍有外力就會(huì)變形，傳統(tǒng)數(shù)控設(shè)備無法適應(yīng)柔性變形、實(shí)時(shí)控制壁厚，這些都讓超大超薄蒙皮的加工一度成為“卡脖子”難題。
為破解超大尺寸超薄蒙皮零件因極弱剛性易產(chǎn)生大變形這一制造難題，中航西飛聯(lián)合高校和相關(guān)單位，成功研發(fā)了12米級(jí)臥式雙五軸鏡像銑設(shè)備及鏡像銑工藝技術(shù)，這臺(tái)國內(nèi)首臺(tái)、世界加工范圍最大的鏡像銑裝備，讓大飛機(jī)蒙皮加工徹底“脫胎換骨”。
產(chǎn)學(xué)研團(tuán)隊(duì)攻克多項(xiàng)核心技術(shù)難題，裝備性能超出預(yù)期，建立起了大型曲面蒙皮雙五軸鏡像銑削的工藝和裝備技術(shù)體系。實(shí)現(xiàn)了任意形狀蒙皮的快速裝卡和鏡像銑削整個(gè)工藝過程的自動(dòng)化。為我國大型運(yùn)輸機(jī)運(yùn)20、C919的研制與批量生產(chǎn)提供了關(guān)鍵有力支撐[6]。
《人民日?qǐng)?bào)》刊登文章“制造強(qiáng)國和網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國建設(shè)扎實(shí)推進(jìn)”評(píng)價(jià)：12米級(jí)臥式雙五軸鏡像銑機(jī)床成功研制是高端機(jī)床重點(diǎn)領(lǐng)域創(chuàng)新取得的新突破[7]。
鏡像銑推動(dòng)我國高端工業(yè)母機(jī)實(shí)現(xiàn)突破與應(yīng)用拓展
鏡像銑作為五軸機(jī)床領(lǐng)域的“技術(shù)標(biāo)桿”，它的突破正帶動(dòng)整個(gè)高端機(jī)床產(chǎn)業(yè)的升級(jí)。其成果已在行業(yè)內(nèi)廣泛推廣：依托大型臥式構(gòu)型設(shè)計(jì)、高精度制造技術(shù)及在機(jī)測厚補(bǔ)償軟件，研制出系列化大型結(jié)構(gòu)件臥式五軸翻板銑機(jī)床，建成國產(chǎn)首條鋁合金、鈦合金翻板銑生產(chǎn)線，加工效率較傳統(tǒng)龍門機(jī)床提升4倍；基于大行程空間精度提升技術(shù)，開發(fā)出大跨度超高空間精度五軸龍門機(jī)床，空間定位精度大幅提升，應(yīng)用于上飛民用大飛機(jī)整型部件精加工，推動(dòng)飛機(jī)裝配從人工修配為主向高效率互換性裝配模式轉(zhuǎn)變。這些突破不僅夯實(shí)了我國高端工業(yè)母機(jī)的自主化基礎(chǔ)，更以技術(shù)輻射效應(yīng)帶動(dòng)了航空航天制造工藝的整體升級(jí)。
從打破壟斷到領(lǐng)跑創(chuàng)新，從3米筒段到5米整底，從鋁鋰合金到“金屬薄膜”，國產(chǎn)鏡像銑技術(shù)十余年磨一劍，取得了從理論到裝備、從工藝到應(yīng)用的全面重大突破，實(shí)現(xiàn)了新一代飛行器薄壁零件制造工藝從高污染低精度化銑到高精高效綠色鏡像銑的代際超越，為我國“大飛機(jī)工程”、“載人航天”、“載人登月”等國家重大工程項(xiàng)目順利實(shí)施提供了技術(shù)和裝備保障。未來，隨著技術(shù)的持續(xù)迭代與應(yīng)用深化，鏡像銑必將在更廣闊的領(lǐng)域，為中國航空航天的高端制造書寫新的輝煌篇章。
