新聞通訊員 康樂(lè)
大型復(fù)材薄壁件作為航空航天高端裝備的重要組成部分，已在運(yùn)載火箭、大型客機(jī)、先進(jìn)戰(zhàn)機(jī)等高端裝備中應(yīng)用廣泛。此類構(gòu)件通常為蒙皮、壁板等外覆件，是高端裝備的“第一道防線”，加工質(zhì)量直接影響裝備服役性能。但大型薄壁件由于尺寸大、厚度薄，在加工中受切削力極易變形，以傳統(tǒng)仿形全貼合式夾具、陣列式柔性?shī)A具進(jìn)行裝夾加工，面臨成本高、效率低、局部固持效果差等局限，制約高端裝備的低成本、高效率批產(chǎn)，迫切需要開(kāi)發(fā)新式裝夾方案。
近日，大連理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院“宇航智控”本科生團(tuán)隊(duì)展示了隨動(dòng)于加工末端的大型薄壁件柔性裝夾輔助加工方案，大幅提高了大型薄壁件的加工質(zhì)量和效率，為助力制造業(yè)智能化、柔性化轉(zhuǎn)型、推動(dòng)高端裝備制造國(guó)產(chǎn)化給出了“大工方案”，斬獲中國(guó)國(guó)際大學(xué)生創(chuàng)新大賽（2025）全國(guó)金獎(jiǎng)。
“宇航智控”團(tuán)隊(duì)合影（右三為王宇航）
靈感落地：深入一線直擊痛點(diǎn)
2022年，受益于學(xué)?！叭缬?jì)劃”——早進(jìn)課題、早進(jìn)實(shí)驗(yàn)室、早進(jìn)研究團(tuán)隊(duì)的實(shí)施，“宇航智控”團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人王宇航與眾多本科同學(xué)在大一就早早加入賈振元院士團(tuán)隊(duì)的“纖維增強(qiáng)復(fù)合材料構(gòu)件高性能制造工作坊”。從此跟隨老師走進(jìn)成飛、航天一院等國(guó)家重點(diǎn)企業(yè)一線、國(guó)際機(jī)床展等進(jìn)行調(diào)研學(xué)習(xí)。在調(diào)研中團(tuán)隊(duì)成員了解到，飛機(jī)、火箭等裝備數(shù)米長(zhǎng)的蒙皮通常厚度僅為幾毫米，超薄的厚度導(dǎo)致工件本身剛性弱、易變形。
“一線工人們認(rèn)為限制加工大型薄壁件批產(chǎn)工作的最大困難已經(jīng)不在工件本身材料上，老師們對(duì)于刀具的研發(fā)已經(jīng)突破了新型材料高質(zhì)高效加工的瓶頸。我們要進(jìn)一步解決如何對(duì)多種類的結(jié)構(gòu)件控制加工變形的問(wèn)題，高柔性的工裝夾具非常重要，這引發(fā)了我的思考?！蓖跤詈交貞浀?。
王宇航與團(tuán)隊(duì)成員實(shí)地調(diào)研留影
面對(duì)傳統(tǒng)大型薄壁件裝夾成本高、效率低、精度和質(zhì)量效果差的三大痛點(diǎn)，受到章魚捕食的啟發(fā)，同學(xué)們頭腦風(fēng)暴，想到或許可以使用看似“柔軟”的吸盤對(duì)工件進(jìn)行裝夾；同時(shí)讓原本固定的夾具動(dòng)起來(lái)，通用適配于各個(gè)加工位置；此外，變革傳統(tǒng)夾具在工件從下部支撐的固有模式，使用吸盤從上部對(duì)工件進(jìn)行吸附，以提高工件局部剛度；最后，反向隨動(dòng)進(jìn)給，減少加工力影響，調(diào)控工件變形保持原有位置，保證工件的最終加工質(zhì)量。
技術(shù)生根：腳踏實(shí)地鍛造成果
一直以來(lái)，傳統(tǒng)理念中生產(chǎn)所用的工裝夾具都是以“大重量”保證“高剛度”，達(dá)到抑制變形的效果。這些初入大學(xué)、稚嫩的本科同學(xué)們看似異想天開(kāi)的想法卻受到工坊中付饒老師的極大鼓勵(lì)?！罢n題組老師和師兄們十分重視每個(gè)學(xué)生的創(chuàng)新想法，不會(huì)因?yàn)槲抑皇莻€(gè)本科生就忽略我，他和我很認(rèn)真地討論，最后指導(dǎo)我們提出‘隨動(dòng)吸附、調(diào)控變形’這一大型薄壁件裝夾新模式的設(shè)想”。2023年9月，剛剛步入大二年級(jí)的王宇航在課題組老師的指導(dǎo)下獲批了基礎(chǔ)科研業(yè)務(wù)費(fèi)2萬(wàn)元，解決了研發(fā)經(jīng)費(fèi)的問(wèn)題，同年以國(guó)內(nèi)重點(diǎn)單位實(shí)際工況為背景立項(xiàng)了國(guó)家級(jí)大創(chuàng)項(xiàng)目，正式開(kāi)始了他的本科科研之路。
王宇航在做實(shí)驗(yàn)
在老師們的聯(lián)系和指導(dǎo)下，“宇航智控”團(tuán)隊(duì)成員得到了前往國(guó)內(nèi)重點(diǎn)單位做實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)。但企業(yè)的機(jī)床不斷有生產(chǎn)任務(wù)，不可能為了本科生的項(xiàng)目而停掉生產(chǎn)，學(xué)生團(tuán)隊(duì)只能在機(jī)床空閑的極少時(shí)間里抓緊實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)時(shí)間受制于生產(chǎn)任務(wù)安排，有時(shí)是幾小時(shí)，有時(shí)只有幾十分鐘，有時(shí)機(jī)床直到凌晨才結(jié)束生產(chǎn)，他們就凌晨趕到工廠做實(shí)驗(yàn)。在無(wú)數(shù)次和時(shí)間賽跑中，學(xué)生團(tuán)隊(duì)完成了百余次實(shí)驗(yàn)，在驗(yàn)證前期設(shè)想的基礎(chǔ)上，又進(jìn)一步創(chuàng)新設(shè)計(jì)了剛性吸盤，解決了傳統(tǒng)橡膠吸盤自身變形難控制、裝夾精度難保證的問(wèn)題，于長(zhǎng)厚比100:1的薄壁航空零件上進(jìn)行裝夾效果驗(yàn)證，在百牛級(jí)大加工負(fù)載下，局部工件變形可控制到僅為0.13mm。
伴隨著技術(shù)不斷的測(cè)試迭代，同學(xué)們最初的設(shè)想終于落到了實(shí)處。目前，團(tuán)隊(duì)基于上述創(chuàng)新理念，已研制出多套普適性強(qiáng)、成本低、裝夾便捷高效的隨動(dòng)吸附夾具，并已通過(guò)企業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用驗(yàn)證。2023-2025年，“宇航智控”本科生團(tuán)隊(duì)申請(qǐng)發(fā)明專利5項(xiàng)，授權(quán)發(fā)明專利1項(xiàng)，授權(quán)軟著3篇。
夢(mèng)想結(jié)果：日積月累邁向成功
回首全國(guó)金獎(jiǎng)的來(lái)時(shí)路，團(tuán)隊(duì)成員著手解決問(wèn)題的能力不是一夜之間形成的?！拔业膭?dòng)手能力很大程度上得益于學(xué)校和導(dǎo)師團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新的培養(yǎng)模式”，王宇航說(shuō)。將加入的同學(xué)按年級(jí)、專業(yè)、興趣等方面進(jìn)行細(xì)分并開(kāi)設(shè)相應(yīng)課程，課程實(shí)行“項(xiàng)目制”教學(xué)模式，相較于傳統(tǒng)的課堂學(xué)習(xí)，“項(xiàng)目制”更注重培養(yǎng)科研實(shí)踐能力，引導(dǎo)學(xué)生完成自己感興趣的科研項(xiàng)目、產(chǎn)出科研成果。
王宇航（左一）在中國(guó)國(guó)際大學(xué)生創(chuàng)新大賽（2025）現(xiàn)場(chǎng)
“大一時(shí)，我就學(xué)習(xí)了工作坊中關(guān)于高端裝備制造的課程，在課程的影響下，我最后選擇了在課題組大型復(fù)材薄壁件加工方向繼續(xù)進(jìn)行拓展學(xué)習(xí)和科研攻關(guān)。在課題組的實(shí)驗(yàn)室里、在‘三早’課堂中，我完成了許多第一次：第一次使用3D打印機(jī)、第一次開(kāi)機(jī)床、第一次打表測(cè)主軸跳動(dòng)等等。這為我后來(lái)的學(xué)習(xí)和科研之路打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)?！睕](méi)有一蹴而就的奇跡，每項(xiàng)能力都是在實(shí)踐中鍛造出來(lái)的。從課堂和實(shí)地調(diào)研的興趣啟發(fā)，到為加工現(xiàn)場(chǎng)工人解決“真問(wèn)題”，處處是一步一個(gè)腳印的日積月累，凝結(jié)成領(lǐng)獎(jiǎng)臺(tái)上最閃耀的勛章。
