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”。
今天，王宇晗带领团队完成的“航空航天大型曲面蒙皮/箱底双五轴镜像铣削技术与装备”项目获得上海市技术发明奖特等奖。这个项目的成果打破国外垄断，实现了我国飞行器关键零件铣削装备的国产化，加工精度达到国际领先水平。
昂贵的“外衣”：一克重量，一克黄金
“飞机、运载火箭这些飞行器对重量有非常苛刻的要求，我们形容：一克重量，一克黄金。”上海交通大学机械与动力工程学院教授、上海拓璞数控科技股份有限公司董事长王宇晗说。
蒙皮，被形容为飞行器的“外衣”，它是决定飞机疲劳寿命的主承载零件，占机身面积的80%，占机身重量的21%。
新型飞机的蒙皮最薄处和鸡蛋壳差不多厚，相当于8张A4纸叠加的厚度，或相当于8根头发丝的直径总和。
蒙皮的精密加工是大型客机批量生产的一个重要工艺技术突破口。王宇晗介绍，为了保障安全，飞行器采用了很贵的铝合金蒙皮，加工过程中得去掉蒙皮大部分重量(如中国国产大飞机的“外衣”要去掉蒙皮毛坯90%的重量)，然后才能给飞行器“披上”。
“机械加工最怕碰到软的东西，怕刀具一碰上就变形。飞机蒙皮柔软到什么程度？一个手指头按了都会变形，所以以前用化学腐蚀的方法来去除多余的材料。”王宇晗说。
但传统的化学腐蚀方法污染非常严重，需要二十几道工序，占用大量人力，也会出现多种制造缺陷，精度差，阻碍了高性能飞机的研制。
这就碰到一个大难题：如何去除蒙皮的多余材料？这时，传统的化学方法已经无法实现了。
“镜像铣削”法的应用突破了这个问题，如镜像一般的铣削技术可以整体性地削去多余的材料，让火箭的制造技术又提升了一个层次。
自主研发，突破镜像铣核心技术
正如前面所说的，蒙皮占据飞机机身面积的80%，却只占飞机总重量的21%。传统蒙皮加工用化铣，但污染较大，控制精度也不高。随着轻量化高强度铝锂合金材料用于蒙皮制造，需要减薄加工出10层厚度，最薄仅与鸡蛋壳相当。而我国新一代运载火箭采用液氢液氧燃料，要求在燃料箱底采用整体成型而非焊接技术。这两种关键零部件的生产，也只能采用镜像铣技术，通过铣削与镜像支撑双侧同步运动实现加工。
“一托一刀”听上去容易，但要实现高精度控制，可绝非易事，这需要精细到毫厘的准确定位，否则就会“谬以千里”。为了解决镜像铣核心技术，拓璞数控最初希望购买全球最先进设备，但他们很快发现采购来的设备要么达不到精度要求，要么就是在软件控制等关键技术上进行了“阉割”。在与国内专业厂家联合开发无果之后，企业果断选择了最为艰难的自主创新之路。
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。
“新技术的突破得益于上海交大的学科优势、多领域人才优势。”王宇晗回忆起起步之初，不由得感慨万千，“2005年，五轴数控机床还是一个神秘的设备，我们做研究的都没有看到过。正是这些年来，国家包括上海对于科技的巨大投入，让我们有信心不断追赶前沿技术，也让我们成为全球三个能够提供大型曲面蒙皮/箱底双五轴镜像铣削技术和设备的企业之一。”
学术人“下海”：坚持求索、助“中国造”更坚韧
上海拓璞数控科技股份有限公司(简称：拓璞)由上海交通大学的5位博士和机床行业的一些企业家组成。
搞学术出身的要“下海”做企业，并不容易。
王宇晗说，作为一名教授，自己擅长远期战略、懂得洞察技术发展，但刚开始的时候，对产品的理解并不深。
他还记得某产品第一次融资时融了1500万元，由于不懂产品研发体系，团队三个月就把这笔钱全部花完了，“我们刚融资的那一年春节，就遇到了财务危机。这是个非常痛苦的过程，后来他才理解，即便产品核心精度都达到要求，也并不代表产品就合格了，就如同“手机一点划痕都不能有”一样。
摸索多年，王宇晗总结了搞学术的人“下海”经营企业的三个感悟：
第一个感悟，是要专注，创业团队应坚持科技成果转化和产业化的战略方向，承担高校科研人员从事前沿研究、攻关核心技术的使命，“不能只想着赚钱”。
第二个感悟，是要有产品思维，完成从科研人员到产品开发人员的角色转变。“技术研发和产品开发相去甚远，高校老师是不懂产品开发的。”对这一点，王宇晗深有感触，“记得完成第一次1500万元融资后，我们攻克核心技术，研发出精度达标的五轴机床。没想到客户退货，说机床漏水跑油。这是质量问题，与核心技术没什么关系，但客户不会因为我们掌握了核心技术就认可这些产品。后来我发现，开发产品的经费投入是攻关核心技术投入的10倍以上。”
第三个感悟，是要懂企业研发管理，完成从科学家到企业家的角色转变。早些年，拓璞数控的产品研发项目不多，管理问题没有凸显出来。近年来，公司研发人员增至200多人，数百个项目同时运行。规模扩大伊始，由于公司没有成熟的管理体系，出现了交货延期、产品质量不稳定等棘手问题。痛定思痛，王宇晗带领团队开始学华为、学管理，建立了研发组织流程和质量控制体系，让公司重新走上正轨。
科研成果从高校“出生”，到进入社会“成长”，离不开各方的支持。镜像铣削技术的应用背后也有这样的故事。“高端装备对土地是有需求的，但那时我们没钱，我们赚点钱都投入研发了，没钱去买土地、建厂房。”王宇晗说。
那时候，为了支持企业发展，上海相关部门要给拓璞土地，王宇晗拒绝了，“我的很多朋友都说，你傻啊，上海的土地你不要。我说不要，我要搞研发，我要搞产品。”
后来，厂房是当地政 府代建的，所有的装修设施都由政 府出资。“整个投资超过2亿元，我们企业搬迁过来只花了200万元，全是政 府在建，为我们‘量身定制’。”王宇晗说。这样的支持，让拓璞这些企业成长起来了。也是这样的支持，让“王宇晗”们甘于在研制上继续求索、在市场上坚持搏击，让“中国造”更坚韧。
填补短板，实现技术到产品的升级
从核心技术突破到产品被市场接受，这需要选择创业的科技人员转变自身的思维。“我很感激上海交大支持科技人员创业，给了我将科技成果转化的机会。”王宇晗说，科技人员创业一要坚持专注，最大限度发挥自身专业优势和方向，不能哪里有钱赚就去哪里；二是要学会转型，从学术研究和发表论文，转型到企业管理和产品管理。
2019年，拓璞数控下达装配国内首台超大行程双五轴镜像铣的任务。公司的场地无法满足场地要求，只能临时租借场地。但在即将迎来客户验收时，机床几何精度和定位精度始终无法调试合格。企业技术人员连夜赶到现场，半夜进行测量检查，结果定位精度竟然直接合格，一晚上的检查测量也没有复现不合格的状态。一直到清晨，正当大家在对着激光干涉仪数据思考时，一辆客车的鸣笛声打破沉静，这时干涉仪数据出现明显波动。原来是厂房旁边的公路上经常有卡车经过，带来的振动造成误差。找到原因后，技术人员重新调整计划，将精度调试优化的工作全部排在晚上进行，经过一周的挑灯夜战，顺利完成设备验收。
2021年是卧式航空镜像铣规模化应用的开始。王宇晗亲自带队驻扎现场，连续两个月与研究团队一起奋战至凌晨2点左右。一次设备加工蒙皮时，突然出现异常。王宇晗迅速判断是刀具的质量不稳定，在更换新刀具之后，加工质量很快稳定下来。
如今，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；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。
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、长征系列运载火箭、登月舱等制造零件。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。
今年6月，从控制器到核心部件全部自主研发、本地生产的拓璞卧式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，即头发丝直径的1/50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，亦将为民用产品的精密加工贡献力量。
