项目背景
当前数控加工向高精度、高速度、高柔性、体系开放化方向发展。五轴联动数控机床可以加工工艺复杂的零件,但因技术难度大、造价昂贵,致使大多数高等院校无法购买,这阻碍了五轴联动数控机床先进制造技术在国内的普及,也阻碍了中国制造业的快速发展。本产品作为新一代桌面式微小型数控机床，主要运用于高校教学和实验场景下工作。
项目关键词
数控机床、五轴联动、Mach3、Forge云数据库
项目介绍
团队基于开源软件 Mach3 系统进行软件的二次开发。采用视觉识别模块进行工件定位误差补偿。对机床的结构进行设计优化，在最大程度上减小机床所占空间体积。在现代制造中,对于造型复杂、精度要求较高的零件,如叶轮、叶片、船用螺旋桨等,传统的加工技术和普通数控机床加工技术已无法满足其加工要求。根据当前市场的需求,为一款摇篮式五轴联动数控机床模型搭建了控制系统,通过 Mach3 控制软件和控制卡以及步进电机、步进电机驱动器、直流电源等元器件构建五轴数控机床的控制系统,并对软件和硬件进行调试,实现五轴联动的功能。
技术原理说明
本项目设计的机床采用双旋转台结构。主轴刚性好，结构比较简单。制造成本低，容易加工和组装。同时，整体结构布局采用梁式移动式龙门结构设计，摇篮式双振子旋转台振动减轻效果好，结构紧凑，占地面积小。
我们团队在开发过程中对五轴数控系统研制背景及意义进行分析，对国内外的研究状况进行调查，对我们的机床结构的总体机构布局、支撑架结构、传动系统进行布局，机床主轴以及驱动电机进行筛选设计。组装成机后更加小型化，更加精确，操作更加方便快捷。该机床主要特征参数：
X方向有效行程：100mm
Y方向有效行程：100mm
Z方向有效行程：100mm
B轴：±120°
C轴：360°
系统框图
我们项目关键技术就是将，三维建模、虚拟样机的多体动力学分析、多提静力学分析、有限元分析、机电联合分析相结合，这样能在研发之前就通过这种仿真和分析的方法尽量避免了一些不必要走的弯路，将我们的废品率大大的降低并且提高了在后期实验以及使用过程中出现的一些纰漏。
在研发过程中包含了几块；包括我们对整个加工过程的仿真，五轴刀路的模拟以及界面制定和功能的拓展最后是我们整体样机的测试以及量产。
关键技术
作品创新点
1. 基于开源软件 Mach3 系统进行软件的二次开发
选用操作系统更为简便的Mach3开源代码利用 Visual Basic 对 Mach3 界面进行自动对刀，刀具误差补偿功能的开发，学习者可以根据自己的功能需求进行相应的参数设计与调整，同时我们团队还可以根据客户的特殊需求进行功能的定制化服务。
2. 基于 Forge 的云数据库平台
基于 Forge 的云数据库平台开发了一套云数据库模型库，能够实现客户在线 *载下**机床对应加工仿真模型，并且可以实现时时更新数据库。用户可以快捷高校 的拿到自己需要的仿真模型以及对应的编程代码，不用单独聘请机床的编程师傅。
3. 硬件在环数字孪生
我们后来考虑到教学和异地加工，我们也开发了一套基于培训和加工的基于数控加工的硬件在环数字孪生系统，用户可以通过仿真模型和实物建立一种信息 的链接方式。我们通过这样的一个方式更加方便我们的产品在学校用于学校学生使用。一是可以解决学生不会数控技术的问题，二是解决学生安全问题。
4. 采用视觉识别模块进行工件定位误差补偿
利用工业级别摄像头标定实体毛坯加工图像数据，对边缘检测后的图形进行数据采样，并将其与 CAD 图像实时对比匹配，反馈图像与实际定位目标的距离，以此纠正误差。
5. 自组装模块化设计的机床结构
对于这款机床的结构，本团队采用了自组装模块化设计，机床主要可以分为7个模块，整个机床可以进行拆分成7个模块，可分为机床的五个轴、底座框架和一个主轴电机模块，并且我们机床进行拆分后还可以组装成为一个三轴或四轴的机床。我们团队对机床的结构和安装的部分进行自组装设计，为系统的装配和拆卸都带来极大的便利。
项目核心优势
对于我们的关键技术，主要体现在：
一、独特的机床结构；
二、在Mach3控制系统上进行二次开发；
三、团队根据市场需求研发设计了一套基于forge云数据库的模型库。
应用前景
目前国内的五轴数控机床大都以工业型、大型数控为主，小型化、桌面式的五轴数控系统几乎是一片空白。产品在高等院校、职业学院以及创客教育培训机构也有非常大的市场空间。
本项目在结构设计是采用自组装模块化设计，在结构上不仅采用微小型桌面化，传动负载较小，这样我们可以使用功率较小的电机及驱动装置，而且在加工材料的方面由于加工毛坯较小，这样的一个低成本低功率低风险的数控加工设备更加适合在高校用于教学实验使用。同时考虑到机床加工是存在很大的危险性的，我们设计添加了一套防撞刀防危险操作的功能，我们在源代码的基础上重新写入代码，实现一些之前Mach3实现不了的问题，例如防撞刀防危险操作，自动对刀，自动扫边，刀具误差补偿等其他相应功能的设计，进行芯片源代码和操作界面的添加和修改。
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