第一章 绪论
1.1 课题来源以及研究背景
本研究课题是基于广州开发区科技计划项目 “基于用组合刀具高效精密加工模具的数字化绿色制造技术 ”（2008Q-P111） 中的“模具高效精密加工系统研究”部分（导师课题组），结合课题合作单位广州林仕豪模具制造有限公司应用的 PowerMill 模具电极加工，解决实际中遇到的问题，开发出基于 PowerMill的模具电极加工自动化编程系统。
1.1.2 课题研究背景
装备制造业和机械工业迅速的发展，为模具工业的发展营造了良好的巿场环境。在国民经济快速发展的拉动和国家产业政策的正确引导下，我国模具工业在过去的几年里发展很快，市场对模具的需求条件也发生了变化，小批量、多品种、质量高、供货急是当前模具行业需求关系的重要特点，这就为提高模具制造效率，缩短模具设计周期提出了新的要求。电火花成型加工是缩短整个模具制造周期的一条有效途径。在中小型压铸模具和注塑模具中，由于型腔形状一般较为复杂、尖角较多，用普通的机械加工方法或者是使用先进的高速加工技术也无法完全满足模具型腔的加工要求，因此电火花加工是模具加工中必不可少的一道工序，电火花机放电加工时须用电极，电极材料主要是紫铜和石墨，由于紫铜材料组织致密，韧性强，易加工成复杂形状，因此被较多采用。一个完整的电极应该由产品形状、打表分中位、火花位和避空直身位四部分组成。
从目前的塑胶模具行业来说，EDM 电极占 CNC 加工量的 20%－40%。对 CNC 编程人员来讲，EDM 电极的编程量要占到 40%－50%。同时， 电极是决定电火花加工质量的主要因素，因此电极的质量和精度直接影响模具的制造质量和精度。目前，电极加工已经成为数控加工的一个重要部分，数控加工经历了近半个世纪的发展已成为应用于当代各个制造领域的先进制造技术。尤其是近年来，得益于计算机技术的迅速发展，计算机的图形处理功能的极大增强，基于 CAD／CAM技术进行图形交互的自动编程方法日趋成熟，这种方法由于速度快、精度高、直观、使用简便和便于检查，已经成为实现制造业技术进步的一种必然趋势。所谓“自动编程”是指由计算机进行工艺处理、数值计算、编写零件加工程序、自动地输出零件加工程序，并将程序自动地记录到控制介质上，或者由通讯接口将程序直接送到数控系统，从而控制机床进行加工的编程方法。计算机辅助数控编程技术作为自动编程的重要组成部分，其发展大约经历了以下几个阶段:
(l) APT 语言，50 年代，美国麻省理工学院开发。
(2) 60 年代到 70 年代，先后出现了 APTⅡ、APTⅢ、APTⅣ，APT-AC 及 APT衍生语言:如 ADAPT，EXAPT，EXAPT-P，HAFP, FAPI，IFAPT，MODAPT，FIZAPT 等。
(3) 从 70 年代开始出现了集成了 CAD 和 CAM 功能的系统。如 CATIA 系统:具有三维设计、分析与数控编程一体化功能，1978 年由法国达索公司开发并不断发展，目前已成为应用最广泛的 CAD/CAM 集成软件之一，在航空和汽车工业具有 广 泛 的 应 用 。 UGⅡCAD/CAM 系 统 :1983 年 ， 美 国 McDonneU DouglasAutomation(1991 年并入 General Motor 公司下属的 EDS 公司，即现在的Unigraphics sululionS 公司)开发并不断发展，也是目前应用最广泛的 CAD/CAM集成软件之一。
(4) 80 年代以后，各种不同的 CAD/CAM 集成数控自动编程系统迅速发展，如 MasterCAM，SurfCAM，Pro/Enginer，Cimawtron 等。
(5)90 年代以后，CAD/CAM 集成数控编程系统向集成化(Integration)、智能化(Intelligence)、网络化(Network)、并行化(Concurrnt)和虚拟化（Virtual）方向迅速发展。现在较具有代表性 CAD/CAM 软件有 MasterCAM，UGⅡ、Soildworks，Pro/Engineer，PowerMill 等。
我国 CAD/CAM 与国外相比有较大差距。但从 “七五”开始，国家已将CAD/CAM 作为重点研究项目，“八五”又投入了大量人力物力进行深入研究。经过近些年的努力，开始出现了一些实用的商品化软件。如开目 CAD、机械设计 CAD、机械工程师、CAXA 电子图版、CAXA 实体设计、CAXA 制造工程师等.并且在国内取得了一定的市场份。其中 CAXA 系列软件在近年来取得了不错的成绩，其实体设计拥有多项领先技术，CAXA 制造工程师能方便的进行数控加工。
第二章 模具电极数控编程方法研究
2.1 模具电极
模具在汽车、机电、航空航天等工业领域日益成为工业化批量生产的主要工艺设备，承担了这些工业中 60％- 90％的产品零部件的加工生产。虽然近年来高速铣削突破了传统铣削难以加工高硬、高强、高韧材料的限制，但电火花加工仍然是模具型腔加工的主要手段。它的加工精度和表面质量高，可加工范围宽，特别是在复杂、精密、薄壁、窄缝、高硬材料的模具型腔加工中的优势是高速铣削所不能比拟的。在电火花加工过程中，电极材料是电火花加工中的关键因素，电极用于传输电脉冲，蚀除工件材料，而电极本身尽量不损耗。它直接决定电加工的质量，如加工速度、表面粗糙度、加工精度等。为了实现这些目的，电极应该具有：加工速度快、损耗低、精密加工且加工成本低。众所周知，针对不同的加工类型和不同的工件材料，各种电极的性能也不同，因此电极的优选尤为重要。
第三章 系统总体方案分析及标准................. 35-54
3.1 确定系统分析的具体方法................. 35-36
3.2 需求分析 .................36-37
3.3 系统的逻辑模型分析................. 37-47
3.3.1 IDEFO 方法介绍 .................37-39
3.3.2 二次开发系统的IDEFO 系统................. 39-45
3.3.3 系统总体设计方案................. 45-47
3.4 标准工艺数据库设计 .................47-53
第四章 模具电极自动化编程系统................. 54-65
4.1 VB.NET 二次开发技术................. 54-56
4.2 系统开发架构................. 56-58
4.3 系统功能模块实现................. 58-64
4.3.1 用户管理模块功能实现................. 58-59
4.3.2 数据库管理模块................. 59-62
4.3.3 模具电极数据计算功能模块 .................62-63
4.3.4 模具电极数据后处理功能 .................63-64
4.4 本章小结 .................64-65
第五章 系统界面设计及应用分析................. 65-75
5.1 系统主要界面设计 .................65-68
5.2 系统实例展示................. 68-71
5.3 系统测试以及分析总结................. 71-74
5.4 本章小结 .................74-75
结论
课题描述了国内模具行业中应用CAM软件PowerMill进行模具电极数控编程的现状，针对 PowerMill 进行模具电极数控编程重复劳动多、编制时间长，编程因人而异，优秀编程工艺不易保存等问题，提出了一种基于成组技术的可重用数控编程方法，并在此基础上开发出了基于 PowerMill 的模具电极数控加工系统，在本文的最后，利用自动化编程系统对汽车保险杠电极进行了编程加工，通过实例来展示系统的功能。综上所述，可以得到以下的结论：
1、文章针对企业使用 PowerMill 进行模具电极数控编程时，如何将过去的编程及编程知识应用到当前的编程活动中，充分利用企业的资源，有效保护企业的数控编程知识，使知识与经验得以继承这一问题，提出了一种基于成组技术的可重用模具电极数控编程方法，从模具电极 PowerMill 编程的特点入手，结合企业经验，应用成组技术对常见电极进行成组分类，并利用 PowerMill 的“宏指令”对分类电极的数控加工工艺优秀编程资源进行记录，并最终建立了基于可重用技术的特殊模具电极数控加工工艺库，从而解决知识和经验得以继承的问题；同时开放该数控加工工艺库，方便用户自行添加设计好的编程工艺以提高系统的自适应性。
2、自动化编程系统按用户至上的原则，结构化、模块化，自顶向下对系统进行分析与设计，并采用 IDEFO 方法得到了系统的逻辑功能模型，通过 VB.NET编程代码实现预计的功能和目标，并且建立了便捷实用的人机交互式界面，最终完成了自动化编程系统的开发，结合自动化编程系统对汽车保险杠电极进行了编程加工实例，从而证明了基于成组技术的可重用数控编程方法在提高模具电极数控编程的效率以及准确率上的效果明显。
3、标准工艺数据库的运用是基于可重用技术的分类模具电极加工工艺库的功能延续，从而解决数据的统一管理问题；同时，对整个系统而言，用户信息管理、加工刀具、策略管理以及加工后处理工艺的管理都是必不可少的部分，标准工艺数据库对于保持系统整体性、操作性有着很重要的作用。
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