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
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
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。
数控铣床加工中心编程及加工教学教案—圆弧沟槽的加工
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。
数控插齿机编程指令【大全】
F功能：F功能指令用于控制切削进给量。
在程序中，有两种使用方法。
(1)每转进给量编程格式G99 F~F后面的数字表示的是主轴每转进给量，单位为mm/r。
例：G99 F0.2 表示进给量为0.2 mm/r。
(2)每分钟进给量编程格式G98 F~F后面的数字表示的是每分钟进给量，单位为mm/min。
例：G94 F100 表示进给量为100mm/min。
2. S功能S功能指令用于控制主轴转速。
编程格式S～S后面的数字表示主轴转速，单位为r/min。
在具有恒线速功能的机床上，S功能指令还有如下作用。
(1)最高转速限制编程格式G50 S～S后面的数字表示的是最高转速：r/min。
例：G50 S3000 表示最高转速限制为3000r/min。
(2)恒线速控制编程格式G96 S～S后面的数字表示的是恒定的线速度：m/min。
例：G96 S150 表示切削点线速度控制在150 m/min。
(3)恒线速取消编程格式G97 S～S后面的数字表示恒线速度控制取消后的主轴转速，如S未指定，将保留G96的最终值。
例：G97 S3000 表示恒线速控制取消后主轴转速3000 r/min。
3. T功能T功能指令用于选择加工所用刀具。
编程格式T～T后面通常有两位数表示所选择的刀具号码。
但也有T后面用四位数字，前两位是刀具号，后两位是刀具长度补偿号，又是刀尖圆弧半径补偿号。
例：T0303 表示选用3号刀及3号刀具长度补偿值和刀尖圆弧半径补偿值。
T0300 表示取消刀具补偿。
4. M功能M00：程序暂停，可用NC启动命令（CYCLE START）使程序继续运行；M01：计划暂停，与M00作用相似，但M01可以用机床“任选停止按钮”选择是否有效；M02：程序结束，该指令表示执行完程序内所有指令后，主轴停止，进给停止，冷却液关闭，机床处于复位状态。
M03：主轴顺时针旋转；M04：主轴逆时针旋转；M05：主轴旋转停止；M08：冷却液开；M09：冷却液关；M30：程序停止，程序复位到起始位置。
1-5数控车床编程中的常用功能指令
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。
数控技术(插补)
xi +1 = xi + 1 yi +1 = yi Fi +1 = xe y i −( xi + 1) ye = ( xe yi − xi ye ) − ye
于是有 Fi+1 = Fi －Ye
E(xe,ye) Pi(Xi,Yi) Pi+1(Xi+1,Yi+1)
0
x
第三章轮廓加工的数学基础
为了逼近曲线的相对位置沿 2）.若Fi<0为了逼近曲线的相对位置沿+y向走 为了逼近曲线的相对位置 一步即 y
y E(xe,ye)
0
x
设动点pi ( xi , yi )的Fi 值为
为便于计算机编程计算, 为便于计算机编程计算,
Fi = xe yi − xi ye
y
的计算予以简化。 将F的计算予以简化。 的计算予以简化 为了逼近曲线的相对位置沿 向走一步 向走一步， 1）.若Fi>0为了逼近曲线的相对位置沿+x向走一步，即 为了逼近曲线的相对位置
第三章轮廓加工的数学基础
3.1.1直线插补原理 3.1.1直线插补原理 1.偏差函数 1.偏差函数
如图所示， 如图所示，设规定轨迹为 直线段OE，起点在原点，终 起点在原点， 点E的坐标A(XeYe) , Pi(xi, yi)为加工点 。
Y
E ( Xe,Ye)
Pi(xi,yi) 0 x
则下式成立。 （1）.若P正好处在 OE 上,则下式成立。
3
F<0 ∆Y F=F+5 5
F计算 计算 -3 终点判别(n-1→n) → 终点判别 7 ≠0 6 ≠0 5 ≠0 4 ≠0 3 ≠0
0
Pi(xi,yi)
数控铣床编程圆弧插补中平面选择指令的应用
数控铣床编程圆弧插补中平面选择指令的应用数控铣床编程中，圆弧插补是一种常见的加工方式，通过控制刀具沿指定的圆弧轨迹进行加工。
在编程过程中，平面选择指令起着至关重要的作用，它决定了圆弧插补所在的平面。
下面我将详细介绍平面选择指令的应用。
在数控铣床编程中，通过使用G17、G18和G19指令来选择工件加工平面。
这些指令分别对应于XY平面、XZ平面和YZ平面。
在圆弧插补中，选择合适的加工平面是非常重要的，它决定了圆弧的运动轨迹和加工结果。
我们来看G17指令，它选择XY平面作为加工平面。
当我们需要在XY平面上插补圆弧时，我们可以使用G17指令。
例如，当我们需要在平面上加工一个圆形凸起时，可以使用G17指令选择XY平面，并指定圆心坐标和半径，然后通过G02或G03指令插补圆弧。
接下来是G18指令，它选择XZ平面作为加工平面。
当我们需要在XZ平面上插补圆弧时，可以使用G18指令。
例如，当我们需要在平面上加工一个圆柱体时，可以使用G18指令选择XZ平面，并指定圆心坐标和半径，然后通过G02或G03指令插补圆弧。
最后是G19指令，它选择YZ平面作为加工平面。
当我们需要在YZ 平面上插补圆弧时，可以使用G19指令。
例如，当我们需要在平面上加工一个圆锥体时，可以使用G19指令选择YZ平面，并指定圆心坐标和半径，然后通过G02或G03指令插补圆弧。
通过合理选择平面选择指令，我们可以在数控铣床上编程插补各种形状的圆弧。
这不仅提高了加工效率，还保证了加工质量。
因此，在进行圆弧插补编程时，我们需要根据实际情况选择合适的加工平面，并正确使用G17、G18和G19指令。
平面选择指令在数控铣床编程圆弧插补中的应用非常重要。
通过合理选择平面选择指令，我们可以实现各种形状的圆弧加工。
编程人员需要充分理解平面选择指令的作用和用法，以确保编程的准确性和高效性。
这样才能更好地应用数控技术，提高加工效率和质量。
插补原理与插补指令
8
F<0
-X
X=0,y=4
F=0
组长评价
备注
说明：
1、成绩按照百分制由组长或全体组员讨论确定；
2、无特别需要说明内容的，可以不要备注栏；
3、第一个组员为组长。
第一次作业
第2组
组员
蔡天荣
任华
陈港
周伊强
王刚
蒋超
张军
王红颖
王同丽
成绩
内容
1.讨论与理解“插补运算”与“数控加工程序中插补指令之间的关系
插补运算：插补运算是指根据工件轮廓通过最简单的数学计算，产生沿坐标轴的脉冲当量，利用刀具的微小直线轨迹逼近工件轮廓进行加工的运算过程。它具有实时性、会直接影响刀具的运动，数控加工中插补运算的速度与精度是衡量数控装置的核心指标。
插补指令：数控加工程序中的插补指令大多数情况下指的就是“G、M、S、T四种功能指令”，指令分别由地址符和数字组成，可分为模态（持续有效）和非模态（只在当前程序有效），其中不同的指令代码代表着不同的功能。比如G00-快速定位G01-直线插补G02-顺时针方向圆弧插补G03-逆时针方向圆弧插补，M指令可用来控制主轴正反转停止如（M03、M04、M05）指令等。同时还有其他的辅助指令构成（F指令可用来控制移动速度、等）。
相互关系：1）从概念上来讲：插补指令是按零件的轮廓编制的加工运动轨迹，根据轮廓形状的差异，使用代表不同功能的程序指令从而实现插补运算。而插补运算的实现是通过一系列的地址和数字组成功能各异的指令，当数控装置对指令发号施令并完成规定动作时就完成了相应的插补运算2）从逻辑关系：插补运算是原理，插补指令是对插补运算的实现3）从先后顺序：先有插补运算再有插补指令4）从相互关系：插补指令一定经过了插补运算，没有插补运算不能发出插补指令，插补运算没有插补指令失去了意义5）总的来说：插补指令和插补运算相互依存，缺一不可，插补指令和插补运算共同构成了数控系统的核心内容。
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⎩⎨
⎧⎭⎬⎫⎩⎨⎧____030217J I R
Y X G G G ⎩⎨
⎧⎭⎬⎫⎩⎨⎧_
___030218K I R
Z X G G G ⎩⎨
⎧⎭⎬⎫⎩⎨⎧_
___030219K J R
Z 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 G91G02X30Y30I0J30F100
G90G02X0Y30R30F100 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。
图3.4 圆弧编程实例图3.5 圆弧编程实例
表3-3例2的程序
使用分矢量I、J编程使用圆弧半径R编程
O0001 ；O0002 ；
G90 G54 G02 I50.0 J0. F100；G90 G54 G02 I50.0 J0 F100；（加工整圆只能用I、J、K
指定）
G03X—50.0 Y50.0 I—50.0 J0；G03 X—50.0 Y50.0 R50.0；
X—25.0 Y25.0 I0. J—25.0；X—25.0 Y25.0 R—50.0；
M30；M30 ；
实例三：如图3.5所示为半径R等于50的球面，其球心位于坐标原点O,刀心轨迹为ABCA,数控程序如下：
N110 G03X-46Y-20R26 逆时针圆弧插补铣削（左上角） N120 G01Y-20 直线插补铣削
N130 X-20Y-46 直线插补铣削（左下方倒角） N140 X20
直线插补铣削
N150 G03X46Y-20R26 逆时针圆弧插补铣削（右下角） N160 G01Y10 直线插补 N170 G00Z5 快速抬离工件
N180 G00Z100 M09 快速抬刀至安全高度，关闭冷却液 N190 M05 主轴停转 N200
M30
程序结速
5 课后扩展练习
任务内容：在Ø100mm×80mm 的圆钢毛坯上，加工出图5-1所示的侧面轮廓，除要保证尺寸900 -0.035、14+0.018
0等轮廓尺寸外，还应保证5+0.018
深度尺寸及零件侧
面对底面的垂直度。
900
-0.035
14
+0.0180
Ø100
900
-0.035
45
R7
33
2-R 1
5
2-R
15
2-R25
5
+0.0180
0.04A
6.3
6.3
3.2
其余
A
2-25×45°
25
图5-1 零件图与实体图（外轮廓铣削加工）
6 课堂总结（重点和难点）
本次课通过简单外轮廓特征（含圆弧、直线）铣削案例，讲解了相关直线插补指令和圆弧插补指令使用格式，介绍了圆弧加工在加工整圆和非整圆过程中的不同，并针对本次任务进行了实际编程教学。
重点：掌握圆弧插补方向判定、整圆与非整圆编程以及G00、G01指令区别 难点：采用I/J/K 进行圆弧插补编程时的坐标计算。