本项目与传统的三轴数控加工设备不同，五轴数控机床集高精度，高性能计算机控制与伺服加工技术于一体，是一种科技含量高，可以用于复杂曲面加工的先进制造加工设备，其具有生产柔性大，生产周期短，稳定性好等诸多优点，但其高昂的价格，国外的技术垄断，让五轴加工技术的推广和学习受到很大阻碍。因此，本项目团队研制了一款控制系统相对简单，性价比高但还能最大程度还原五轴机床编程与运行原理的小型五轴设备。

针对五轴数控雕刻机的市场需求，本项目提出了一种经济型五轴数控雕刻机的设计方案。借助于运行在PC机上的软件,将数控加工代码转化为各轴的输出脉冲数，通过计算机并口输出脉冲信号到步进电机驱动器，来控制步进电机运动，从而实现各轴的运动完成加工，可以加工任意曲面和复合工艺的加工演示，可以用于不同行业的生产制造，也可以应用于智造创客空间，高职院校、写字楼、研究所、实验室、私人工坊等工作场所。

在机械结构设计方面，五轴联动雕刻机目前有多种布局方案，每种布局各有其特点，本项目首先通过相关企业调研，综合分析了数控雕刻机系统结构及各种五轴结构的优缺点，然后按照任务书的要求拟定了设计的基本参数，提出了一种经济可靠的五轴雕刻机设计方案，其中重点介绍了雕刻机机械部分的设计过程。对于床身结构设计主要使用Solidworks软件对雕刻机的机械部分各部件进行三维建模，将各个零件进行配合约束并组装成装配体。为了保证设计结构具有较好的刚性，本项目通过ABAQUS软件对设计的关键部分零件静态强度进行有限元分析，根据运行算例后得到的零件结果进行机床机身结构的分析与改进，针对分析得到的应力云图校核其是否满足设计的强度要求，针对分析得到的位移云图结合实际运行情况对零件变形量大的位置进行结构改善与优化，针对之前在大学生创新项目中研制三轴雕刻机的不足，对加工时容易进入灰尘的x轴以及z轴加入防尘结构设计等结构改进措施，最后通过三维建模软件对设计完成后的机械结构进行运动仿真，验证各轴进给运动方式是否符合设计要求。

在电气控制设计方面，本项目介绍了基于五轴加工原理及MACH3控制软件的电气控制系统设计。根据设计要求确定采用与机械结构相互独立，使用时通过数据线相互连接，强弱电分离的电气控制系统设计方案并绘制电源回路图，将各个电气元件根据电气规范进行合理布局并接线，同时使用Solidworks软件设计一个适合的钣金箱体用于各种电气元件的装配，并根据元件尺寸在箱体面板相应位置开孔，整理相关文件并绘制电气控制箱箱的加工图。

在数控控制软件优化改进方面主要介绍了在软件方面的设置与优化，通过对MACH3软件控制方式的学习，本项目重点针对MACH3软件操作复杂，无法支持五轴坐标显示等当面的缺点进行显示和控制方式的优化，优化后的软件拥有更加简洁高效的操作界面，不仅提升了使用效率，降低了操作的难度，而且在坐标显示上也支持对于五个坐标轴工件坐标系位置的显示。在加工之前通过对加工G代码程序的模拟运行，优化后的软件可以清晰准确的显示加工过程及当前位置坐标的变化。最后根据端口通信原理，合理分配通信端口，设置步进电机参数。通过对软件控制方式的优化，更加突出了软件在使用高效和人性化方面的设计。