正確理解并運(yùn)用順時(shí)針和逆時(shí)針圓弧插補(bǔ)指令

盧 青

（羅定市中等職業(yè)技術(shù)學(xué)校 廣東 云浮 527200）

學(xué)生在學(xué)習(xí)數(shù)控機(jī)床編程技術(shù)時(shí)，對(duì)順時(shí)針圓弧插補(bǔ)指令G02和逆時(shí)針圓弧插補(bǔ)指令G03很難理解，因而難以正確使用，更難靈活運(yùn)用。多數(shù)教材對(duì)該內(nèi)容敘述簡(jiǎn)單、分散。另外，部分教師的教學(xué)不夠詳細(xì)、深入，給學(xué)生正確理解并運(yùn)用順時(shí)針圓弧插補(bǔ)和逆時(shí)針圓弧插補(bǔ)指令造成了困難。怎樣才能使學(xué)生正確理解并運(yùn)用順時(shí)針和逆時(shí)針圓弧插補(bǔ)指令于數(shù)控編程中，筆者在教學(xué)實(shí)踐中對(duì)此作了探究。

正確理解和掌握數(shù)控編程基礎(chǔ)知識(shí)

數(shù)控編程基礎(chǔ)知識(shí)包括數(shù)控機(jī)床和工件的坐標(biāo)系，尺寸字 G、M、F、S、T 功能等。

弄清數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系的定義和規(guī)定 數(shù)控機(jī)床采用三維直角坐標(biāo)系即右手笛卡爾坐標(biāo)系。基本坐標(biāo)軸為OX軸、OY 軸、OZ軸（簡(jiǎn)稱 X 軸、Y 軸、Z軸），三坐標(biāo)軸正交，其交點(diǎn)O就是坐標(biāo)系原點(diǎn)，+X、+Y、+Z的方向如圖1所示。

圖1 三維直角坐標(biāo)系示意圖

認(rèn)清坐標(biāo)軸正方向和右手各手指的關(guān)系 伸出右手，五指在同一掌平面，使拇指與食指等其余指垂直，再令中指和掌平面垂直，拇指的指向即是+X的方向，食指的指向即是+Y的方向，中指的指向即是+Z的方向。這就是右手笛卡爾坐標(biāo)系，如圖2所示。

遵守?cái)?shù)控機(jī)床坐標(biāo)系的各坐標(biāo)軸正方向的規(guī)定 數(shù)控機(jī)床各坐標(biāo)軸正方向，依右手笛卡爾直角坐標(biāo)系，順大拇指的指向?qū)?yīng)為X軸的正方向，沿食指的指向?qū)?yīng)為Y軸的正方向，中指的指向?qū)?yīng)為Z軸的正方向。

圖2 右手笛卡爾坐標(biāo)系示意圖

知道圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)正方向和各坐標(biāo)軸正方向的規(guī)定 圍繞X、Y、Z軸旋轉(zhuǎn)的圓周進(jìn)給坐標(biāo)軸分別用A、B、C表示，圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)正方向和各坐標(biāo)軸正方向的關(guān)系如圖3所示。

明白右手螺旋定則的內(nèi)容 伸出右手，五指在同一掌平面，先使拇指與其余指垂直，后把其余指自然彎曲成圓形，如圖4所示。

弄清圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)正方向和各坐標(biāo)軸正方向的關(guān)系 （1）右手握OX軸，拇指指向+X方向，食指和中指等的指向是圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的+A方向。（2）右手握OY軸，拇指指向+Y方向，食指和中指等的指向是圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的+B方向。（3）右手握OZ軸，拇指指向+Z方向，食指和中指等的指向是圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的+C方向。

（1）認(rèn)真貫徹“安全第一，預(yù)防為主、綜合治理”的方針，根據(jù)國(guó)家有關(guān)規(guī)定、條例，結(jié)合施工單位實(shí)際情況和工程的具體特點(diǎn)，組成項(xiàng)目專職安全生產(chǎn)管理員和班組兼職安全員以及現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)用電安全負(fù)責(zé)人共同參與的安全生產(chǎn)管理體系，明確各級(jí)安全管理人員的職責(zé)，認(rèn)真執(zhí)行安全生產(chǎn)責(zé)任制，抓好工程的安全生產(chǎn)。

圖3 圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)正方向和各坐標(biāo)軸正方向的關(guān)系示意圖

圖4 右手螺旋定則示意圖

牢記數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動(dòng)正方向的規(guī)定 無(wú)論數(shù)控機(jī)床是工件靜止、刀具運(yùn)動(dòng)，還是工件運(yùn)動(dòng)、刀具靜止，為便于數(shù)控編程，都規(guī)定：數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動(dòng)，是刀具相對(duì)于靜止的工件做進(jìn)給切削的運(yùn)動(dòng)。Z軸作為平行于機(jī)床主軸的坐標(biāo)軸，正方向?yàn)榈毒哌h(yuǎn)離工件的方向。X軸平行于裝夾平面且垂直于機(jī)床主軸，取水平方向，刀具遠(yuǎn)離主軸方向?yàn)檎较颉軸的正方向根據(jù)右手笛卡爾定律確定。旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)+A、+B、+C 的方向，根據(jù) X、Y、Z軸正方向，按右手螺旋定則來(lái)確定。（1）對(duì)車床而言，Z軸與車床主軸軸線重合，沿著Z軸正方向移動(dòng)將增大工件和刀具間的距離。X軸垂直于Z軸并平行于工件的裝夾面，刀具沿X軸正方向移動(dòng)將增大工件和刀具間的距離。Y軸、X軸和Z軸遵守右手笛卡兒坐標(biāo)系。圖5是前置刀架數(shù)控車床從上往下看的坐標(biāo)系投影平面圖。其+Y的方向是垂直平面

圖5 前置刀架數(shù)控車床

從上往下看的坐標(biāo)系投影平面圖向里，用圓內(nèi)十字交叉表示；若+Y的方向是垂直平面向外，則用圓內(nèi)小圓黑點(diǎn)表示，編程用這個(gè)坐標(biāo)系。（2）對(duì)銑床而言，Z軸與主軸軸線重合，沿著Z軸正方向移動(dòng)將增大工件和刀具間的距離，即刀具遠(yuǎn)離工件的方向?yàn)?Z方向。X軸垂直于Z軸，平行于工件的裝夾面，如果為單立柱式銑床，面對(duì)裝有刀具的主軸向立柱方向看，其左方為+X方向。Y軸與X軸和Z軸遵守右手笛卡爾坐標(biāo)系，如圖6所示。圖7是立式銑床從上往下看的坐標(biāo)系投影平面圖，編程用這個(gè)坐標(biāo)系。

圖6 用右手笛卡兒坐標(biāo)系確定Y軸示意圖

圖7 立式銑床從上往下看的坐標(biāo)系投影平面圖

區(qū)分加工圓弧時(shí)的

方向是順時(shí)針還是逆時(shí)針加工平面 是由任意兩坐標(biāo)軸構(gòu)成的平面或投影平面。數(shù)控機(jī)床上加工平面為觀察者迎著第三坐標(biāo)軸的正方向所看到的平面。

加工方向判別方法 在加工平面內(nèi)，根據(jù)其加工工件刀具運(yùn)動(dòng)時(shí)的移動(dòng)方向是順時(shí)針還是逆時(shí)針來(lái)區(qū)分。當(dāng)觀察者迎著第三坐標(biāo)軸的正方向看加工平面，發(fā)現(xiàn)加工工件時(shí)，刀具是作順時(shí)針回轉(zhuǎn)移動(dòng)，就是順時(shí)針方向；反之，發(fā)現(xiàn)加工工件時(shí)，刀具是作逆時(shí)針回轉(zhuǎn)移動(dòng)，就是逆時(shí)針方向。

判斷應(yīng)用順時(shí)針和逆時(shí)針圓弧插補(bǔ)指令的方法

應(yīng)用順時(shí)針圓弧插補(bǔ)指令G02還是應(yīng)用逆時(shí)針圓弧插補(bǔ)指令G03的判斷方法是：在加工時(shí)，觀察者迎著第三坐標(biāo)軸的正方向看加工平面，刀具是作順時(shí)針回轉(zhuǎn)移動(dòng)，就是順時(shí)針圓弧插補(bǔ)，就使用G02指令；反之，若加工工件時(shí)，刀具是作逆時(shí)針回轉(zhuǎn)移動(dòng)，就是逆時(shí)針圓弧插補(bǔ)，就使用G03指令。

如加工圖8所示的圓弧，圓弧的起點(diǎn)在刀尖處，終點(diǎn)在圖上箭頭尖端，用G02還是G03指令？這是由X和Z軸組成的XZ平面，Y軸正方向是垂直平面向里，就要迎著Y軸的正方向看這個(gè)平面，即從里往外看XZ平面的圓弧回轉(zhuǎn)的方向是順時(shí)針還是逆時(shí)針。顯然，加工圖8所示圓弧，刀具是順時(shí)針回轉(zhuǎn)，應(yīng)該用G02順時(shí)針圓弧插補(bǔ)指令。

圖8 在車床上用G02指令使刀具從右往左加工圓弧示意圖

如加工圖9所示的圓弧，圓弧的起點(diǎn)在刀尖處，終點(diǎn)在圖上箭頭尖端，用G02還是G03指令？這是XZ平面，Y軸正方向是垂直平面向里，就要迎著Y軸的正方向看這個(gè)平面，即從里往外看XZ平面的圓弧回轉(zhuǎn)的方向是順時(shí)針還是逆時(shí)針。顯然，加工圖9所示圓弧，刀具是逆時(shí)針回轉(zhuǎn)，應(yīng)該用G03逆時(shí)針圓弧插補(bǔ)指令。

圖9 用G03指令使刀具從右往左加工圓弧示意圖

如加工圖10所示的圓弧，圓弧的起點(diǎn)在刀尖處，終點(diǎn)在圖上箭頭尖端，用G02還是G03指令？這是XZ平面，Y軸正方向是垂直平面向里，就要迎著Y軸的正方向看這個(gè)平面，即從里往外看XZ平面的圓弧回轉(zhuǎn)的方向是順時(shí)針還是逆時(shí)針。顯然，加工圖10所示圓弧，刀具是順時(shí)針回轉(zhuǎn)，應(yīng)該用G02順時(shí)針圓弧插補(bǔ)指令。

圖10 用G02指令使刀具從左往右加工圓弧示意圖

圖11 用G03指令使刀具從左往右加工圓弧示意圖

如加工圖12所示的各段圓弧，圓弧的起點(diǎn)在圓黑點(diǎn)，終點(diǎn)在箭頭尖端上，用G02還是G03指令？這是XY平面，Z軸正方向是垂直平面向外，就要迎著Z軸的正方向看這個(gè)平面，即從外往里看XY平面的圓弧回轉(zhuǎn)的方向是順時(shí)針還是逆時(shí)針。顯然，加工圖12所示圓弧，刀具是順時(shí)針回轉(zhuǎn)，應(yīng)該用G02順時(shí)針圓弧插補(bǔ)指令。

圖12 從上往下看銑床用G02指令使刀具順時(shí)針加工圓弧示意圖

如加工圖13所示的各段圓弧，圓弧的起點(diǎn)在圓黑點(diǎn)，終點(diǎn)在箭頭尖端上，用G02還是G03指令？這是XY平面，Z軸正方向是垂直平面向外，就要迎著Z軸的正方向看這個(gè)平面，即從外往里看XY平面的圓弧回轉(zhuǎn)的方向是順時(shí)針還是逆時(shí)針。顯然，加工圖13所示圓弧，刀具是逆時(shí)針回轉(zhuǎn)，應(yīng)該用G03逆時(shí)針圓弧插補(bǔ)指令。

圖13 從上往下看銑床用G03指令使刀具逆時(shí)針加工圓弧示意圖

如加工圖14所示的各段圓弧，圓弧的起點(diǎn)在圓黑點(diǎn)，終點(diǎn)在箭頭尖端上，用G02還是G03指令？這是XZ平面，Y軸正方向是垂直平面向外，就要迎著Y軸的正方向看這個(gè)平面，即從外往里看XZ平面的圓弧回轉(zhuǎn)的方向是順時(shí)針還是逆時(shí)針。顯然，加工圖14所示圓弧，刀具是逆時(shí)針回轉(zhuǎn)，應(yīng)該用G03逆時(shí)針圓弧插補(bǔ)指令。

圖14 從前往后看銑床用G03指令使刀具逆時(shí)針加工圓弧示意圖

如加工圖15所示的各段圓弧，圓弧的起點(diǎn)在圓黑點(diǎn)，終點(diǎn)在箭頭尖端上，用G02還是G03指令？這是XZ平面，Y軸正方向是垂直平面向外，就要迎著Y軸的正方向看這個(gè)平面，即從外往里看XZ平面的圓弧回轉(zhuǎn)的方向是順時(shí)針還是逆時(shí)針。顯然，加工圖15所示圓弧，刀具是順時(shí)針回轉(zhuǎn)，應(yīng)該用G02順時(shí)針圓弧插補(bǔ)指令。

圖15 從前往后看銑床用G02指令使刀具順時(shí)針加工圓弧示意圖

如加工圖16所示的各段圓弧，圓弧的起點(diǎn)在圓黑點(diǎn)，終點(diǎn)在箭頭尖端上，用G02還是G03指令？這是YZ平面，X軸正方向是垂直平面向外，就要迎著X軸的正方向看這個(gè)平面，即從外往里看YZ平面的圓弧回轉(zhuǎn)的方向是順時(shí)針還是逆時(shí)針。顯然，加工圖16所示圓弧，刀具是順時(shí)針回轉(zhuǎn)，應(yīng)該用G02順時(shí)針圓弧插補(bǔ)指令。

圖16 從左往右看銑床用G02指令使刀具順時(shí)針加工圓弧示意圖

如加工圖17所示的各段圓弧，圓弧的起點(diǎn)在圓黑點(diǎn)，終點(diǎn)在箭頭尖端上，用G02還是G03指令？這是YZ平面，X軸正方向是垂直平面向外，就要迎著X軸的正方向看這個(gè)平面，即從外往里看YZ平面的圓弧回轉(zhuǎn)的方向是順時(shí)針還是逆時(shí)針。顯然，加工圖17所示圓弧，刀具是逆時(shí)針回轉(zhuǎn)的，應(yīng)該用G03逆時(shí)針圓弧插補(bǔ)指令。

圖17 從左往右看銑床用G03指令使刀具逆時(shí)針加工圓弧示意圖

綜上所述：加工圓弧進(jìn)行編程時(shí)，應(yīng)迎著第三坐標(biāo)軸正方向看刀具所在的由第一和第二坐標(biāo)軸組成的平面 （或投影平面）其刀具移動(dòng)的方向，若刀具是順時(shí)針方向移動(dòng)的就用G02，若刀具是逆時(shí)針方向移動(dòng)的就用G03。

正確運(yùn)用順時(shí)針和逆時(shí)針圓弧插補(bǔ)指令

用數(shù)控機(jī)床加工工件，要根據(jù)工件的材料、形狀、三視圖、平面圖和尺寸等，編制出加工程序。在編寫程序時(shí)常用到圓弧插補(bǔ)指令。如何正確運(yùn)用順時(shí)針圓弧插補(bǔ)指令G02和逆時(shí)針圓弧插補(bǔ)指令G03呢？現(xiàn)舉例說(shuō)明。

圖18 多級(jí)半球形圓臺(tái)平面圖

例如，工件如圖18所示，粗加工已完成，不切斷。用華中HNC-21T車床數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行精加工編程。

同一段圓弧，從不同的方向運(yùn)行刀具進(jìn)行切削，即切削圓弧的起點(diǎn)和終點(diǎn)不同，就有順時(shí)針和逆時(shí)針之別，這樣就要分別使用G02或G03指令。只要正確地理解并掌握了上述內(nèi)容，就能正確地理解并運(yùn)用順時(shí)針圓弧插補(bǔ)指令G02和逆時(shí)針圓弧插補(bǔ)指令G03，熟練編寫出加工工件的程序。

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