作品名稱：教學型桌面式微型五軸聯動數控機床
學校名稱：南京工業大學浦江學院
參賽隊伍：浦江機械隊
參賽學生：黃家暉 劉健 石尚
指導老師：吳金文 周珣
本項目與傳統的三軸數控加工設備不同，五軸數控機床集高精度，高性能計算機控制與伺服加工技術于一體，是一種科技含量高，可以用于復雜曲面加工的先進制造加工設備，其具有生產柔性大，生產周期短，穩定性好等諸多優點，但其高昂的價格，國外的技術壟斷，讓五軸加工技術的推廣和學習受到很大阻礙。因此，本項目團隊研制了一款控制系統相對簡單，性價比高但還能最大程度還原五軸機床編程與運行原理的小型五軸設備。
針對五軸數控雕刻機的市場需求，本項目提出了一種經濟型五軸數控雕刻機的設計方案。借助于運行在PC機上的軟件,將數控加工代碼轉化為各軸的輸出脈沖數，通過計算機并口輸出脈沖信號到步進電機驅動器，來控制步進電機運動，從而實現各軸的運動完成加工，可以加工任意曲面和復合工藝的加工演示，可以用于不同行業的生產制造，也可以應用于智造創客空間，高職院校、寫字樓、研究所、實驗室、私人工坊等工作場所。
在機械結構設計方面，五軸聯動雕刻機目前有多種布局方案，每種布局各有其特點，本項目首先通過相關企業調研，綜合分析了數控雕刻機系統結構及各種五軸結構的優缺點，然后按照任務書的要求擬定了設計的基本參數，提出了一種經濟可靠的五軸雕刻機設計方案，其中重點介紹了雕刻機機械部分的設計過程。對于床身結構設計主要使用Solidworks軟件對雕刻機的機械部分各部件進行三維建模，將各個零件進行配合約束并組裝成裝配體。為了保證設計結構具有較好的剛性，本項目通過ABAQUS軟件對設計的關鍵部分零件靜態強度進行有限元分析，根據運行算例后得到的零件結果進行機床機身結構的分析與改進，針對分析得到的應力云圖校核其是否滿足設計的強度要求，針對分析得到的位移云圖結合實際運行情況對零件變形量大的位置進行結構改善與優化，針對之前在大學生創新項目中研制三軸雕刻機的不足，對加工時容易進入灰塵的x軸以及z軸加入防塵結構設計等結構改進措施，最后通過三維建模軟件對設計完成后的機械結構進行運動仿真，驗證各軸進給運動方式是否符合設計要求。
在電氣控制設計方面，本項目介紹了基于五軸加工原理及MACH3控制軟件的電氣控制系統設計。根據設計要求確定采用與機械結構相互獨立，使用時通過數據線相互連接，強弱電分離的電氣控制系統設計方案并繪制電源回路圖，將各個電氣元件根據電氣規范進行合理布局并接線，同時使用Solidworks軟件設計一個適合的鈑金箱體用于各種電氣元件的裝配，并根據元件尺寸在箱體面板相應位置開孔，整理相關文件并繪制電氣控制箱箱的加工圖。
在數控控制軟件優化改進方面主要介紹了在軟件方面的設置與優化，通過對MACH3軟件控制方式的學習，本項目重點針對MACH3軟件操作復雜，無法支持五軸坐標顯示等當面的缺點進行顯示和控制方式的優化，優化后的軟件擁有更加簡潔高效的操作界面，不僅提升了使用效率，降低了操作的難度，而且在坐標顯示上也支持對于五個坐標軸工件坐標系位置的顯示。在加工之前通過對加工G代碼程序的模擬運行，優化后的軟件可以清晰準確的顯示加工過程及當前位置坐標的變化。最后根據端口通信原理，合理分配通信端口，設置步進電機參數。通過對軟件控制方式的優化，更加突出了軟件在使用高效和人性化方面的設計。
