插补指令的使用

巧用极坐标插补指令在车铣复合机床上加工异形零件作者：陈未峰来源：《职业·中旬》2013年第04期摘要：随着我国装备制造技术的不断发展，车铣复合数控机床在机械制造行业的应用越来越广泛，它可以有效减少加工工序和时间，提高加工效率。

充分利用极坐标插补和圆柱插补两大功能，能更好地解决回转体类复合零件的加工难题，是在当今数控技术得到较大发展的背景下产生的一种新的切削理论和切削技术。

关键词：车铣复合数控机床极坐标插补零件加工“工欲善其事，必先利其器”，随着我国装备制造技术的发展，数控机床在机械制造行业得到了广泛应用。

相比一般的数控车床而言，车铣复合数控机床凭借强大功能和结构优势，通过车铣复合功能切削加工，有效地提高了加工效率和产品质量。

一、车铣复合数控机床的坐标轴运动车铣复合数控机床是在数控车削功能的基础上，有效利用铣刀旋转和工件旋转的合成运动来实现对工件的切削加工，使工件在形状精度、位置精度、已加工表面质量等各个方面达到使用要求的一种先进的切削加工机床。

车铣复合加工不是单纯地将车削和铣削两种加工手段合并到一台机床上，而是利用车铣合成运动来完成各类表面的加工，主要利用极坐标插补和圆柱插补两大功能解决回转体类复杂零件的加工难题，是在当今数控技术得到较大发展的背景下产生的一种新的切削理论和切削技术。

在加工回转体工件时，卡盘或者工件的旋转是主运动，刀具的横向X向或纵向Z向移动是从运动，刀具的刀尖与工件中心等高，刀架台不能作垂直方向的运动。

在工件表面上加工异形轮廓时，主要应用极坐标插补指令让主轴的旋转做从运动，定义为C轴；装在刀架上的动力刀具的旋转运动转换为主运动（由刀架内伺服电机驱动实现），刀具还可以实现X向或Z向的进给从运动（如图1）。

二、车铣复合数控机床上的极坐标插补功能所谓极坐标插补功能，是指车铣复合数控机床本身具有1个旋转轴和1个移动轴，旋转轴实现极坐标下的极角改变，移动轴实现极径改变，两轴在位置控制模式下实现旋转与移动联动功能的切削加工。

数控铣床编程指令Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998数控铣床编程指令4.2.2子程序1、坐标轴运动（插补）功能指令(1）点定位指令G00点定位指令(G00)为刀具以快速移动速度移动到用绝对值指令或增量值指令指定的工件坐标系中的位置。

指令格式：G00X—Y—Z一；式中X—Y—Z一为目标点坐标。

以绝对值指令编程时，刀具移动到终点的坐标值；以增量值指令编程时，指刀具移动的距离，用符号表示方向。

使用G00指令用法如下。

如上图所示，刀具由A点快速定位到B 点其程序为：G00G90X120．Y60．；（绝对坐标编程）(2）直线插补指令G01用G01指定直线进给，其作用是指令两个坐标或三个坐标以联动的方式，按指定的进给速度F，从当前所在位置沿直线移动到指令给出的目标位置，插补加工出任意斜率的平面或空间直线。

指令格式：G0lX—Y—Z—F一；程序段G01X10．Y20．Z20．F80．使刀具从当前位置以80mm／min的进给速度沿直线运动到(10,20,20)的位置。

例3：假设当前刀具所在点为.，则如下程序段N1G；.；将使刀具走出如图所示轨迹。

(3）圆弧插补指令G02和G03G02表示按指定速度进给的顺时针圆弧插补指令，G03表示按指定速度进给的逆时针圆弧插补指令。

顺圆、逆圆的判别方法是：沿着不在圆弧平面内的坐标轴由正方向向负方向看去，顺时针方向为G02，逆时针方向为G03，序格式：XY平面：G17G02X～Y～I～J～(R～)F～G17G03X～Y～I～J～(R～)F～ZX平面：G18G02X～Z～I～K～(R～)F～G18G03X～Z～I～K～(R～)F～G19G02Z～Y～J～K～(R～)F～G19G03Z～Y～J～K～(R～)F～式中X、Y、Z为圆弧终点坐标值，可以用绝对值，也可以用增量值，由G90或G91决定。

由I、J、K方式编圆弧时，I、J、K表示圆心相对于圆弧起点在X、Y、Z轴方向上的增量值。

任务二圆弧沟槽的加工[教学目标]1.熟练掌握G02/G03圆弧插补指令的格式。

2.掌握G02/G03圆弧插补指令的使用方法。

[教学重点]圆弧沟槽件的编程方法[教学难点]圆弧沟槽件的编程方法[教学过程]新课教学一、圆弧插补指令（G02/G03）圆弧插补指令格式如下：G17 G02/G03 X Y R （I J ）F ；G18 G02/G03 X Z R （I K ）F ；G19 G02/G03 Y Z R （J K ）F ；说明：（1）G17为选择XY平面， G18为选择XZ平面，G19为选择YZ平面，此三个指令为同组模态指令，如图2-9所示。

（2）沿圆弧所在平面另一根轴的正方向向负方向看，顺时针圆弧插补为G02，逆时针圆弧插补为G03。

（3） X、Y、Z为圆弧的终点坐标，R为圆弧半径。

（4）I、J、K为起点到圆心的距离分别在X、Y、Z轴上的矢量值。

图2-9 圆弧插补平面选择示意图二、圆弧的表示方法圆弧的表示方法有圆心法和半径法两种。

（1）圆心法。

用I、J、K指定圆弧起点位置的方法称为圆心法。

I、J、K后面的数值定义为圆弧起点相对于圆心在X、Y、Z轴上的分向量。

图2-10所示为圆心法编程示意图。

图2-10 圆心法编程示意图(2)半径法。

以R指定圆弧半径的方法称为半径法。

半径法以起点、终点和圆弧半径来表示一段圆弧，在圆上会有两段圆弧出现，如图2-11所示。

R后面的数值是正值时，表示圆心角小于等于1800的圆弧；R后面的数值是负值时，表示圆心角大于1800的圆弧。

半径法圆弧加工程序如下：加工圆弧A：G17 G02 X_ Y_ Ra_ F _;加工圆弧B：G17 G02 X_ Y_ -Rb_ F_;图2-11 半径法编程示意图三、整圆编程对于铣削一整圆，只能用圆心法进行加工（见图2-12），半径法无法执行。

如果用半径法以两个半圆相接，其真圆度误差会太大。

整圆的加工程序为G03 X40. Y0. I-40. J0 F100；练习过程：一、布置练习任务独立完成下图零件的加工二、老师讲解加工中心自动加工圆形槽零件的操作步骤及方法。

福建省鸿源技工学校课时授课计划（2013 —2014 学年度第2学期）课程名称：数控机床编程与操作任课教师：王公海章节内容1-5数控车床编程中的常用功能指令授课班级12数控授课日期授课方式讲授作业练习习题册对应部分目的要求掌握数控编程的常用指令重点难点G02/G03，G50复习题巩固上节课知识点仪器教具粉笔黑板审批意见审批人： 20 年月日讲授内容和过程方法与指导一、常用插补指令1．快速点定位指令（G00）（1）指令格式G00 X Z ；X Z 为刀具目标点坐标。

例 G00 X30.0 Z10.0；福建省劳动和社会保障厅制课时授课计划（副页）第页讲授内容和过程方法与指导（2）指令说明G00 不用指定移动速度, 其移动速度由机床系统参数设定。

快速移动的轨迹通常为折线型轨迹，图中快速移动轨迹OA和BD 的程序段如下：OA：G00 X20.0 Z30.0；BD：G00 X60.0 Z0；G00 轨迹实例2．直线插补指令（G01）（1）指令格式G01 X Z F ；X Z 为刀具目标点坐标，F 为刀具切削进给的进给速度。

例图中切削运动轨迹CD的程序段为：G01 X40.0 Z0 F0.2；G01 轨迹实例（2）指令说明G01 指令是直线运动指令，它命令刀具在两坐标轴间以插补联动的方式按指定的进给速度做任意斜率的直线运动。

在G01 程序段中必须含有F 指令。

如果在G01 程序段中没有F 指令，而在G01 程序段前也没有指定F 指令，则机床不运动，有的系统还会出现系统报警。

（3）编程实例例试采用G00和G01指令编写如图所示工件右端轮廓的精加工程序。

G00 及G01 指令应用实例第页讲授内容和过程方法与指导3．圆弧插补指令（G02/G03）（1）指令格式G02（03）X Z R(CR=) ；G02（03）X Z I K ；G02表示顺时针圆弧插补；G03表示逆时针圆弧插补。

X Z 为圆弧的终点坐标值，其值可以是绝对坐标，也可以是增量坐标。

⎩⎨⎧⎭⎬⎫⎩⎨⎧____030217J I RY X G G G ⎩⎨⎧⎭⎬⎫⎩⎨⎧____030218K I RZ X G G G ⎩⎨⎧⎭⎬⎫⎩⎨⎧____030219K J RZ Y G G G 其中：X 、Y 、Z 为圆弧终点坐标；I 、J 、K 为圆弧中心在各轴方向上相对于圆弧起点的坐标增量值，有正负号，当I 、K 为零时可以省略；R 为圆弧半径。

说明：1）顺时针圆弧与逆时针圆弧的判别方法：刀具在加工零件时是按顺时针路径作圆弧插补运动用G02指令，按逆时针路径作圆弧插补运动用G03指令，见图3.1。

图3.1 各补偿平面下的圆弧方向2）用圆弧半径R 编程 除了可以用I 、K 表示圆弧圆心的位置外，还可以用圆弧半径表示圆心的位置。

对于同一半径R ，在圆弧的起点和终点之间有可能形成两个圆弧，为此规定圆心角α<180°时（即劣弧），R 取正值；α>180°（即优弧）时，R 取负值；α＝180°时， R 取正负值均可；图3.2 劣弧、优弧、整圆编程3）程序段中同时给出I、K和R时，以R值优先，I、K无效；4）当走整圆时，不能用圆弧半径R编程；5）在G90时，圆弧终点坐标是相对编程零点的绝对坐标值，在G91时，圆弧终点是相对圆弧起点的增量值。

实例一：练习图3.2优弧、劣弧、整圆的插补、增量、绝对指令表3-1优弧、劣弧的程序类别劣弧（ａ弧）优弧（b弧）G91G02X30Y30R30F100 G91G02X30Y30R-30F100增量编程G91G02X30Y30I30J0F100 G91G02X30Y30I0J30F100G90G02X0Y30R30F100 G90G02X0Y30R-30F100绝对编程G90G02X0Y30I30J0F100 G90G02X0Y30I0J30F100表3-2整圆的程序类别从A点顺时针一周从Ｂ点逆时针一周增量编程G91G02X0Y0I-30J0F100 G91G03X0Y0J30F100绝对编程G90G02X30Y0I-30J0F300 G90G03X0Y-30I0J30F100 实例二：如图3.4所示，A点为始点，B点为终点。

刀具在各坐标平面以一定的进给速度进行圆弧插补运动，从当前位置（圆弧的起点），沿圆弧移动到指令给出的目标位置，切削出圆弧轮廓。

G02为顺时针圆弧插补指令，G03为逆时针插补指令。

刀具在进行圆弧插补时必须规定所在平面（即G17~G19），再确定回转方向，如图（1）所示，沿圆弧所在平面（如XY平面）的另一坐标轴的负方向（-Z）看去，顺时针方向为G02指令，逆时针方向为G03指令。

图（1）圆弧顺逆方向一般用法：G02和G03为模态指令，有继承性，继承方法与G01相同。

注意：G02和G03与坐标平面的选择有关。

使用格式：G17 X Y F ；G18 X Z F ；G19 Y Z F ；格式中：（1）X、Y、Z表示圆弧终点坐标，可以用绝对方式编程，也可以用相对坐标编程，由G90或G91指，使用G91指令时是圆弧终点相对于起点的坐标；（2）R表示圆弧半径；（3）I、J、K分别为圆弧的起点到圆心的X、Y、Z轴方向的增矢量，见图（2）所示。

图（2）使用G02或G03指令两种格式的区别：（1）当圆弧角小于等于时，圆弧半径R为正值，反之，R为负值；（2）以圆弧始点到圆心坐标的增矢量（I、J、K）来表示，适合任何的圆弧角使用，得到的圆弧是唯一的。

（3）切削整圆时，为了编程方便采用（I、J、K、）格式编程，不使用圆弧半径R格式。

例1：如图（3），A点为始点，B点为终点，数控程序如下：图（3）圆弧插补O1；G90 G54 G02 I50.0 J0. F100；G03 X-50.0 Y40.0 I-50.0 J0；X-25.0 Y25.0 I0. J-25.0；M30；或：O1；G90 G54 G02 I50.0 J0 F100；G03 X-50.0 Y40.0 R50.0；X-25.0 Y25.0 R-50.0；M30；那么I/J/K的是如何计算的呢？通过查阅资料我们知道I/J/K指的是圆弧始点到圆心的矢量分量，是增量值。

经验之谈编辑︱孙雁︱E-mail:zhiyezazhi@改革探索GOOD EXPERIENCE 在数控车床编程中，有一对指令是圆弧插补指令，即G02/G03，在各种数控系统的手册中都规定G02是顺圆插补指令，G03是逆圆插补指令。

在实际编程中，经常有学生将这对指令用错，笔者根据自己的教学实践，从分析机床坐标系的规定出发，对圆弧插补指令的使用判别进行了一些研究。

一、数控机床坐标系与运动方向的规定目前，国际标准化组织（ISO）已经统一了标准坐标系，我国也颁布了《数字控制机床坐标和运动方向的命名》（JB 3051-82）的标准，对数控机床的坐标和运动方向作了明文规定。

１．机床坐标系与运动方向（1）坐标和运动方向命名的原则。

永远假定刀具相对静止，工件坐标而运动的原则。

（2）机床坐标系的规定。

数控机床上的坐标系是采用右手直角笛卡尔坐标系。

标准机床坐标系中X 、Y 、Z 坐标轴的相互关系用右手笛卡尔直角坐标系决定：①伸出右手的大拇指、食指和中指，并互为90o 。

则大拇指代表X 坐标，食指代表Y 坐标，中指代表Z 坐标。

②大拇指的指向为X 坐标的正方向，食指的指向为Y 坐标的正方向，中指的指向为Z坐标的正方向。

③围绕X 、Y 、Z 坐标旋转的旋转坐标分别用A 、B 、C 表示，根据右手螺旋定则，大拇指的指向为X 、Y 、Z 坐标中任意一轴的正向，则其余四指的旋转方向即为旋转坐标A 、B 、C 的正向，如图1所示。

图1 右手笛卡尔坐标�统（3）运动方向的规定。

JB 3051-82中规定：机床某一部件运动的正方向是增大工件与刀具距离的方向，即为各坐标轴的正方向。

2．数控车床坐标系的确定在数控车床中，由于刀架安装位置的不同，分为前置刀架和后置刀架两种情况，其机床坐标系也是不一样的，如图2、图3所示。

（1）Z 坐标。

数控车床的Z坐标为平行于主轴轴线的坐标轴，Z坐标的正向为刀具离开工件的方向。

（2）X 坐标。

数控车床的X 坐标平行于横向导轨面，且刀具离开工件的方向为X坐标的正方向。

G05三点圆弧插补指令说明
一:指令格式
G05 X(U)__ Z(W)__ I__ K__ F__ ；
二：指令说明：
G05指令为01组模态指令，地址说明如下：
X（U）：圆弧的终点X绝对（相对）坐标；
Z（W）：圆弧的终点Z绝对（相对）坐标；
I ：圆弧所经过的中间点相对于起点的相对坐标值（x向）（半径值表示,带方向）；
K ：圆弧所经过的中间点相对于起点相对坐标值（z向，带方向）；
中间点：是指圆弧上除起点和终点之外的任意一点；
I、K的意义类似于G02/G03指令中圆心坐标相对于起点坐标的位移值I、K
当省略I时即认为I=0，当省略K时即认为K=0 ；
当同时省略I、K时，系统产生报警；
当给出的三点共线时，系统产生报警；
其它的使用同G02、G03指令。

Z轴。

一、FANUC系统常用指令1、快速定位指令G002、直线插补指令G013、圆弧插补指令G02、G03该指令使刀具从圆弧起点沿圆弧移动到圆弧终点。

4、主轴速度设置指令和转速控制指令G96、G97、G50。

（1）主轴线速度恒定指令G96格式：G96 S ； S单位为m/min。

此时应限制主轴最高转速，即用G50指令。

如：G50 S1500；主轴最高转速限制为1500r/min。

（2）直接设定主轴转速指令G97。

格式：G97 S ； S的单位为r/min （注：一般系统 G97）G96、G97均为模态指令，可相互取消。

5、每转进给指令G99和每分钟进给指令G98。

格式：G99 F ； F单位为mm/rG98 F ； F单位为mm/minG98、G99均为模态指令，机床初始状态默认G99。

6、螺纹车削加工（可加工直螺纹和锥螺纹）方式有直进式和斜进式（1）螺纹切削指令G32，可车削直螺纹、锥螺纹和端面螺纹。

G32指令进刀方式为直进式。

注：螺纹切削时不可用主轴线速度恒定指令G96。

格式：G32 X Z F ；其中：X Z 为螺纹终点坐标，F 为螺距。

螺纹深度计算：h=0.6495p 螺纹小径：d1=d-h×27、刀具功能指令T格式：T 02 02T：为刀具02：刀具号00-9902：刀具补偿号00-99注；（1）刀具号可与转位刀架上的刀具号相对应。

（2）刀具补偿包括形状补偿和磨损补偿。

（3）为了方便，刀具号和刀具补偿号通常是一致的。

（4）刀具号为0或00时，取消刀具；刀具补偿号为0或00时，相当于取消补偿。

例：T0或T00、T0200。

8、辅助功能指令MM00—程序停止 M01—选择停止 M02—程序停止M03、M04、M05—主轴正、反、停转 M08—切削液开M09—切削液关 M30—程序结束并返回M98—子程序调用 M99—子程序调用返回（子程序结束）二、固定循环指令为了简化程序，数控装置可以用一个程序段指定刀具作反复切削，这就是固定循环指令。