数控铣削加工编程教学之圆弧插补指令G02G03浅析

数控铣削加工编程教学之圆弧插补指令G02/G03浅析

【摘 要】本文不但结合中等职业教育特点，而且也结合中职学生年龄小、基础数学和物理知识浅薄、理解力差的不足，分析了关于数控指令圆弧插补指令G02/G03的相关问题。

【关键词】数控铣削加工；编程；G02/G03；圆弧；整圆

1 建立学习目标

本组指令面对的是中专二年级学生，已经学习了《机械制图》，《机械基础》等基础应用课程。并且通过基本的数控认知学习对数控机床的结构、工作原理等有了基本认识，能进行简单的手动操作和直线、斜线编程。

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；

1.1.2 使学生在实际编程时能够正确应用G02/G03指令。

1.2 能力目标

培养学生正确分析图纸，正确确定轮廓加工时走刀路线，编制一段完整程序的能力。引导学生体验探究的过程，提高知识的应用能力，通过探究学习提高学生对数控编程课程的兴趣。

1.3 学习重点

1.3.1 圆弧插补指令G02/G03的灵活运用，熟记指令格式中每个参数的含义。

1.3.2 圆弧顺逆的判断方法。

1.4 学习难点

1.4.1 圆弧编辑终点圆心方式中（I.J.K）的计算；

1.4.2 如何利用终点圆心方式（I.J.K方法）进行整圆编辑的技巧。

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。

G17——加工XY面 Z轴垂直（数控铣床一般默认加工此平面）；

G18——加工ZX面 Y轴垂直；

G19——加工YZ面 X轴垂直。

2.2 指令选择

2.2.1 G02：顺时针圆弧插补

G03：逆时针圆弧插补

G02/G03指令格式

1）终点半径方式

G17 G02/G03 X_ Y_ R_ F_

G18 G02/G03 X_ Z_ R_ F_

G19 G02/G03 Y_ Z_ R_ F_

参数说明：

（1）R为圆的半径值

如图2所示，圆心角设为θ：

则0°≤θ≤180°时，半径R取正值，所对应圆弧为劣弧；

则180°<θ<360°时，半径R取负值，所对应圆弧为优弧。

（2）F为进给速率

（3）R编程方式不能加工整圆

图2 圆心角对应圆弧的R值判定

2）终点圆心方式

G17 G02/G03 X_ Y_ I_ J_ F_

G18 G02/G03 X_ Z_ I_ K_ F_

G19 G02/G03 Y_ Z_ J_ K_ F_

参数说明：

I，J，K分别表示X，Y，Z 轴圆心的坐标减去圆弧起点的坐标，如下图所示。某项为零时可以省略。

I=X（圆心）-X（圆弧起点）

J=Y（圆心）-Y（圆弧起点）

K=Z（圆心）-Z（圆弧起点）

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。后用右手笛卡尔直角坐标系判断和平面垂直的轴。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，顺时针方向走刀就用G02，逆时针方向走刀就用G03反之则相反。如图3所示。

例1：图2所示圆弧起点为A点，终点为B点，在AB之间存在3个圆弧，圆弧半径为20mm，其程序编辑方式分别为：

弧1

G03 X20 Y0 R20 F100 （逆时针铣削劣弧编程） 弧2

G02 X20 Y0 R20 F100 （顺时针铣削劣弧编程） 弧3

G02 X20 Y0 R —20 F100 （顺时针铣削优弧编程）

图3 判断顺逆圆弧的插补指令用G02/G03

2.2.3 G02/G03圆弧切削指令应用的注意事项：

1）一般CNC铣床或MC开机后，即设定为G17（X-Y 平面），故在XY平面上铣削圆弧，可省略G17指令。

2）当一单节中同时出现I、J 和R 时，以R为优先（即有效），I、J 无效。

3）I0或J0或K0时，可省略不写。

4）省略X、Y、Z 终点坐标指述时，表示起点和终点为同一点，是切削全圆。若用半径法则刀具无运动产生。

5）当终点坐标与指定的半径值非交于同一点时，会显示警示讯息。

6）直线切削后面接图弧切削，其G指令必须转换为G02或G03，若再行直线切削时，则必须再转换为G01指令，这些是很容易被疏忽的。

7）使用切削指令（G01，G02，G03）须先指令主轴转动，且须指令进给速率F。

例2：如图4所示，已知圆心和起点A的坐标，使用终点圆心方式编程时，I/J/K值的计算，并编辑圆弧AB的铣削程序？

如图，在XY平面内加工圆弧

圆心坐标（40，38）

起点坐标A（10，38）

I=40-10=30

J=38-38=0

则此圆弧的终点圆心方式编程为：

G02 X40 Y8 I30 J0 F100

（注：程序中J0可省略不写）

终点半径方式编程为：G02 X40 Y8 R—30 F100

图4 终点圆心方式编程中I/J/K值的计算

3 特殊情况——整圆编程方法

因为终点半径编程方式不能加工整圆，故只能使用终点圆心方式编程进行整圆的加工。

在如图5的整圆中，由于整圆的起点/终点不同（分别为A＼B＼C三点），所以编程中I/J/K值不同。

对于I/J/K值的计算，之前我们介绍了利用（圆心坐标—起点坐标）的方法，在实际操作中由于中专学生数学基础差，所以整圆编程改用图像方法，更直观、更清楚、更方便学生掌握整圆编程中I/J/K值的计算。

如图5所示有如下三种起终点加工整圆情况（假设都为顺时针铣削）。

图5 整圆编程中I/J/K值的计算方法

3.1 A点作为整圆的起终点时，I/J/K值的计算

在A点上标注子坐标I＼J。I平行于X轴，J平行于Y轴。此时J轴方向无Y值，可以忽略，I轴方向的OA值为30，且在A点左侧，I为负半轴，I取值—30。故以A点为起终点的这个整圆的铣削程序为：

G02 X30 Y0 I—30 F100

3.2 B点作为整圆的起终点时，I/J/K值的计算

在B点上标注子坐标I＼J。I平行于X轴，J平行于Y轴。此时I轴方向无X值，可以忽略，J轴方向的OB值为 30，且在B点上方，J为正半轴，J取值30。故以B点为起终点的这个整圆的铣削程序为：

G02 X0 Y—30 J30 F100

3.3 C点作为整圆的起终点时，I/J/K值的计算

在C点上标注子坐标I＼J。I平行于X轴，J平行于Y轴。此时I轴方向OC值为21.2，J轴方向的OC值为—21.2。故以C点为起终点的这个整圆的铣削程序为：

G02 X—21.2 Y21.2 I21.2 J—21.2 F100

【参考文献】

[1]刘迎春，赵成涛.数控加工工艺与编程基础[M].北京：人民邮电出版社，2009.

[2]李国举.数控铣削加工技术基本功[M].北京：人民邮电出版社，2010.

[3]李汉平.数控加工技术[M].湖北：华中师范大学出版社，2011.

[4]符兴承，宋光俊.数控加工工艺与编程实训[M].北京：北京理工大学出版社，2009.