总第６２８期 中职教育 浅谈圆弧加工指令Ｇ０２／Ｇ０３的判断方法及应用 张敏卿 （保定高级技工学校，河北省０７１０００） 摘要：数控车削加工是数控加工中用的最多的加工方法之一，在数控车床上可以加工由任意直线和圆弧形成的形状复杂的回 转体零件。本文主要介绍了手工编程中编制圆弧轮廓加工程序时的顺、逆圆弧插补指令Ｇ０２、Ｇ０３的判断方法。 关键词：数控车床； 顺、逆圆弧指令Ｇ０２、Ｇ０３； 右手直角笛卡儿坐标系 中图分类号：ＴＧ５１９．１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６－３３１５（２０１０）６－１２３－００１ 数控机床是一种技术密集度及自动化程度很高的机电一体 化加工设备。随着数控机床的发展与普及，现代化企业对于懂得 数控加工技术、能进行数控加工编程的技术人才的需求量必将 不断增加。数控车削加工是数控加工中用得最多的加工方法之 一，凡是能够在数控车床上装夹的回转体类零件都能在数控车 床上加工。由于数控车床具有直线插补和圆弧插补功能，所以， 在数控车床上可以加工由任意直线和圆弧形成的形状复杂的回 转体零件。 要实现数控机床加工，编写零件的加工程序是关键。数控机 床加工程序编制的方法有两种：即手工编程与自动编程，在数控 车床上加工工件时大多数采用手工编程的方法。在手工编程中 编制圆弧轮廓的加工程序时，采用顺时针圆弧插补指令ＧＯ２和 逆时针圆弧插补指令Ｇ０３来编写，一些学生不能正确地判段出 该圆弧加工应采用顺时针圆弧插补指令ＧＯ２还是逆时针圆弧插 补指令ＧＯ３。那么，我们应该如何区 分呢？要正确无误地选用ＧＯ２和 Ｇ０３需要在三维坐标系内分析和判 断。即圆弧顺、逆方向的判别方法按 右手直角笛卡儿坐标系确定：沿垂直 于圆弧所在平面（如ＸＯＺ平面）的坐 标轴的负方向ｆ＿Ｙ）看去，顺时针方向 为Ｇ０２，逆时针方向为ＧＯ３。如图１ 所示： 由于数控车床属于二轴加工的 数控机床，即反映了零件的直径和长 图１＋ 度。其坐标轴分别是ｘ轴和ｚ轴，则根据右手直角笛卡儿坐标 系来判断Ｙ轴，从Ｙ轴正方向往负方向看，如果圆弧起点到终 点为顺时针方向，则加工时用Ｇ０２指令；反之，如果圆弧起点到 终点为逆时针方向，则为Ｇ０３指令。然而在实际教学过程中，大 多数学生不容易掌握第三根轴Ｙ的方向，在判断时很容易出错。 本文提出了一种数控车床手工编程中正确选用顺、逆时针圆弧 插补指令的方法。 我们知道，数控车床的刀架有前置刀架和后置刀架之分，这 两种形式的车床ｘ轴正方向的 建立则刚好相反，如图２ ａ）所 示。因此我们在同一方向看到的 圆弧插补的顺逆方向也刚好相 反。那么在实际加工中某一圆弧 顺、逆时针的判定与刀架的位置 是否有关呢？ 如图２ ｂ）所示，在前置刀 架的数控车床上加工凸圆弧段 时，采用逆时针圆弧插补指令 前置刀架 ｂ） 图２．Ｊ Ｇ０３，而在后置刀架数控车床上加工凸圆弧段时其加工指令同 样也为Ｃ０３。为什么会出现这样的结果呢？那是因为编程时被加 工零件的基点都应该与ｘ轴正方向取在同一侧。对于图２ａ）中前 置刀架的Ｙ轴正方向垂直纸面指向里，我们应从纸的背面来看， 实际上从纸的背面看与正面看刚好相反，即视线的方向看凸圆 弧是顺时针的方向，它是从Ｙ轴负方向到正方向所看到的结果， 因此，它与圆弧规定的方向应从Ｙ轴正方沿着负方向看，正好相 反，所以圆弧加工指令不是顺时针Ｇ０２指令而是逆时针Ｇｏ３指 令。而对于图２ａ１中后置刀架的Ｙ轴正方向垂直纸面指向外，刚 好视线的方向为Ｙ轴的负方向，与判断方向由Ｙ轴正向到负向 的方向是相同的。所以圆弧加工指令为逆时针指令ＧＯ３。我们再 看一下凹圆弧的加工指令判定。同样的方法我们得出在前置、后 置刀架机床上加工凹圆弧时都用顺时针圆弧插补指令Ｃ０２。 在数控车床上加工圆弧时，不仅要正确的判断出圆弧的顺、 逆时针方向，合理选择ＧＯ２、ＧＯ３指令，用Ｘ（Ｕ），ｚｆ 指定圆弧的 终点坐标，而且还要正确指定圆弧的中心位置。在应用中常用指 定圆心位置的方式有两种，即：１）用圆弧半径Ｒ指定圆心位置； ２）用Ｉ、Ｋ指定圆心位置；如图３所示。 格式一：用圆弧半径Ｒ指定圆心位置 即：Ｇ０２／Ｇ０３ Ｘ（Ｕ１一 ＺｒＷ１一 Ｒ— Ｆ一； “ 格式二：用Ｉ、Ｋ指定圆心位置 即：ＧＯ２／Ｇ０３ Ｘ（Ｕ）－Ｚ（Ｗ）－Ｉ—Ｋ—Ｆ－； 格式中：（１）Ｘ、ｚ的值是指圆弧终点的绝对坐 ． 标值；（２）ｕ、Ｗ为圆弧终点相对于圆弧起点 ‘ 的增量坐标值；（３）Ｉ、Ｋ为圆弧起点到圆弧 圈３ 中心所作矢量分别在ｘ、ｚ坐标轴方向上的分矢量（矢量方向指 向圆心）。Ｉ、Ｋ为增量值，并带有“±”号，当分矢量的方向与坐标 轴的方向一致时取“＋”号，反之为“～”号，与Ｇ９０，Ｇ９１无关；（４）Ｒ 为指定圆弧半径，当用半径值指定圆心位置时，由于在同一半径 值的情况下，从圆弧的起点到终点有两个圆弧的可能性，为区别 二者，规定当圆弧的圆心角≤１８ｏ。时，Ｒ值为正，当圆弧的圆心 角３６０。＞１８０。时，Ｒ值为负，当加工整圆时，就不能用半径Ｒ 编程了，只能用Ｉ、Ｋ来指定圆心的位置；在数控车床上所加工的 圆弧所对应的圆心角最大为１８０ｏ，所以在数控车床上加工圆 弧时Ｒ值均为正值。（５）Ｆ为进给量；是模态量，它的设定单位有 两种，即和，分别用指令Ｇ９８、Ｇ９９指定。 总之，我们在数控车床上加工圆弧表面时，要准确地判断出 该圆弧段加工应用顺时针圆弧插补指令ＧＯ２，还是逆时针圆弧 插补指令ＧＯ３。编程时根据零件图纸尺寸要求，准确合理地编写 其加工程序，充分发挥数控机床的优越性。 参考文献： 高枫，肖卫宁主编．数控车削编程与操作训练．北京高等教育出 版社．２００５．６ —
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界1建立学习目标本组指令面对的是中专二年级学生袁已经学习了叶机械制图曳袁叶机械基础曳等基础应用课程遥并且通过基本的数控认知学习对数控机床的结构尧工作原理等有了基本认识袁能进行简单的手动操作和直线尧斜线编程遥1.1知识目标1.1.1使学生熟记并掌握G02/G03指令格式及指令中每个参数的含义曰1.1.2使学生在实际编程时能够正确应用G02/G03指令遥1.2能力目标培养学生正确分析图纸袁正确确定轮廓加工时走刀路线袁编制一段完整程序的能力遥引导学生体验探究的过程袁提高知识的应用能力袁通过探究学习提高学生对数控编程课程的兴趣遥1.3学习重点1.3.1圆弧插补指令G02/G03的灵活运用袁熟记指令格式中每个参数的含义遥1.3.2圆弧顺逆的判断方法遥1.4学习难点1.4.1圆弧编辑终点圆心方式中渊I.J.K)的计算曰1.4.2如何利用终点圆心方式渊I.J.K方法冤进行整圆编辑的技巧遥2基础判断2.1平面选择在加工中心和数控铣床上进行圆弧指令操作必须先利用右手笛卡尔坐标系判断加工平面遥G17要要要加工XY面Z轴垂直渊数控铣床一般默认加工此平面冤曰G18要要要加工ZX面Y轴垂直曰G19要要要加工YZ面X轴垂直遥
图1应用右手笛卡尔坐标系判断加工平面2.2指令选择2.2.1G02院顺时针圆弧插补G03院逆时针圆弧插补G02/G03指令格式1冤终点半径方式G17G02/G03X_Y_R_F_G18G02/G03X_Z_R_F_G19G02/G03Y_Z_R_F_参数说明院渊员冤R为圆的半径值如图2所示袁圆心角设为兹院则0毅臆兹臆180毅时袁半径R取正值袁所对应圆弧为劣弧曰则180毅
图2圆心角对应圆弧的R值判定2冤终点圆心方式G17G02/G03X_Y_I_J_F_G18G02/G03X_Z_I_K_F_G19G02/G03Y_Z_J_K_F_参数说明院I袁J袁K分别表示X袁Y袁Z轴圆心的坐标减去圆弧起点的坐标袁如下图所示遥某项为零时可以省略遥I=X渊圆心冤-X渊圆弧起点冤J=Y渊圆心冤-Y渊圆弧起点冤K=Z渊圆心冤-Z渊圆弧起点冤2.2.2判断顺逆圆弧的插补指令用G02/G03先判断这段圆弧所在平面遥后用右手笛卡尔直角坐标系判断和平面垂直的轴遥沿垂直于要加工圆弧所在平面的坐标轴由正方向向负方向看袁顺时针方向走刀就用G02袁逆时针方向走刀就用G03反之则相反遥如图3所示遥例1院图2所示圆弧起点为A点袁终点为B点袁在AB之间存在3个圆弧袁圆弧半径为20mm,其程序编辑方式分别为院弧1G03X20Y0R20F100(逆时针铣削劣弧编程)弧2G02X20Y0R20F100渊顺时针铣削劣弧编程冤弧3G02X20Y0R要20F100渊顺时针铣削优弧编程冤
G02,G03
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G02,G03
圆弧插补指令，G02,G03
一、零件图样
图2.2。1 零件图
如图2.2.1，该零件由三处外圆（Ø34、Ø26、Ø16）、两段倒圆（R4、R5）、一段倒角（C2）组成。外圆粗车工作已经完成，请编制精加工程序.
编程原点设置在工件右端面的中心,经计算各基点的坐标从右到左依次为A(12，0）、B（16，—2）、C（16，-15）、D（26，—20）、E（26，-31)、F（34，—35）、G（34,—45).
二、工艺分析
该工件采用三爪卡盘装夹定位，外圆粗车工作已经完成，仅编制精加工程序，端面和切断采用手动操作完成。加工工艺如表2。1。1所示：
表2.1.1 加工工艺表
工步号 工步内容 刀具 切削用量
切削深度
（mm） 主轴转速
(r/min) 进给速度
（mm/min）
1 车端面 T01 600 30
2 精加工零件外形尺寸至要求 T02 0.6 1000 40
3 切断工件 T03 600 30
三、程序编制
（一）圆弧编程指令G02、G03
指令格式：
G02,G03
图2。2.2 圆弧编程指令
如图2。2。2所示，其中,G02表示顺时针方向圆弧插补，G03表示逆时针方向圆弧插补。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.在增量坐标方式下，其值为圆弧终点坐标相对于圆弧起点的增量值.R_为圆弧半径。I_K_为圆弧的圆心相对于起点分别在X、Z坐标轴上的增量值(半径值）。
G02/G03圆弧插补指令
一、 场地安全：
1. 强调实习课堂安全要求；
2. 上机安全操作规程。
二、教学目的：
知识目标：1. 了解并掌握G02/G03指令的功能和格式。
2 ．掌握简单形面的程序设计思路和方法。
技能目标： 1.通过对简单零件的加工， 能熟练使用数控车床面板上的各功能键
2 .通过车削带圆柱、倒角、倒圆及圆弧的工件，培养学生基本操作
技能，养成安全文明生产的习惯。
3 .培养学生综合分析能力。
三、教学重、难点：
重点：1. G02/G03指令格式，参数含义。
2.顺逆圆弧的判断。
难点： 顺逆圆弧的判断。
四、教学方法：
任务驱动法、仿真教学法
五、课堂设计：
1 .课时安排： 2 课时
2.理论与仿真练习相结合
3. 时间分配：复习与新课导入： 5 分钟 理论讲授： 30 分钟 课堂练习： 40分钟 总结： 3分钟 作业布置： 2分钟
六、教学过程：
（ 一 ） 组织教学： 1 .检查学生出勤情况、工作服及胸卡佩戴情况
2 .强调课堂纪律，做到安全文明生产
3 .简要总结上次课题的教学情况
二）新课导入：
回顾前面所学的快速定位 G00直线插补G01指令，我们学会了简单台阶零 件的编程，但实际很多零件的外形轮廓往往是圆弧连接的，例如这个（教具） ：
同学们都知道，加工直线轮廓用直线插补，那加工圆弧轮廓呢？
生：用圆弧插补
师：对，这就是今天我们要学习的，圆弧插补指令 G02/G03.
提问学生：
（三）新课讲解：
1 •认识新指令：
① 指令概述：G02/G03圆弧插补指令使刀具在指定平面内按给定的 F进给速度
作圆弧运动，切削出圆弧轮廓。
② 圆弧顺、逆的判断：圆弧插补指令分为顺时针圆弧插补指令和逆时针圆弧插
补指令.（那么什么时候用顺时针圆弧插补指令和逆时针圆弧插补指令） ，这里首
先要看机床是前置刀架，还是后置刀架
我们用的机床是前置刀架， 因此，顺时针方向用 G03圆弧指令，逆时针方
