正確理解并運用順時針和逆時針圓弧插補指令

盧 青

（羅定市中等職業(yè)技術(shù)學校 廣東 云浮 527200）

學生在學習數(shù)控機床編程技術(shù)時，對順時針圓弧插補指令G02和逆時針圓弧插補指令G03很難理解，因而難以正確使用，更難靈活運用。多數(shù)教材對該內(nèi)容敘述簡單、分散。另外，部分教師的教學不夠詳細、深入，給學生正確理解并運用順時針圓弧插補和逆時針圓弧插補指令造成了困難。怎樣才能使學生正確理解并運用順時針和逆時針圓弧插補指令于數(shù)控編程中，筆者在教學實踐中對此作了探究。

正確理解和掌握數(shù)控編程基礎(chǔ)知識

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

弄清數(shù)控機床坐標系的定義和規(guī)定 數(shù)控機床采用三維直角坐標系即右手笛卡爾坐標系?；咀鴺溯S為OX軸、OY 軸、OZ軸（簡稱 X 軸、Y 軸、Z軸），三坐標軸正交，其交點O就是坐標系原點，+X、+Y、+Z的方向如圖1所示。

圖1 三維直角坐標系示意圖

認清坐標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系，如圖2所示。

遵守數(shù)控機床坐標系的各坐標軸正方向的規(guī)定 數(shù)控機床各坐標軸正方向，依右手笛卡爾直角坐標系，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 右手笛卡爾坐標系示意圖

知道圓周進給運動正方向和各坐標軸正方向的規(guī)定 圍繞X、Y、Z軸旋轉(zhuǎn)的圓周進給坐標軸分別用A、B、C表示，圓周進給運動正方向和各坐標軸正方向的關(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。

弄清圓周進給運動正方向和各坐標軸正方向的關(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給運動的+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給運動的+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給運動的+C方向。

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

圖3 圓周進給運動正方向和各坐標軸正方向的關(guān)系示意圖

圖4 右手螺旋定則示意圖

牢記數(shù)控機床的運動正方向的規(guī)定 無論數(shù)控機床是工件靜止、刀具運動，還是工件運動、刀具靜止，為便于數(shù)控編程，都規(guī)定：數(shù)控機床的運動，是刀具相對于靜止的工件做進給切削的運動。Z軸作為平行于機床主軸的坐標軸，正方向為刀具遠離工件的方向。X軸平行于裝夾平面且垂直于機床主軸，取水平方向，刀具遠離主軸方向為正方向。Y軸的正方向根據(jù)右手笛卡爾定律確定。旋轉(zhuǎn)運動+A、+B、+C 的方向，根據(jù) X、Y、Z軸正方向，按右手螺旋定則來確定。（1）對車床而言，Z軸與車床主軸軸線重合，沿著Z軸正方向移動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系。圖5是前置刀架數(shù)控車床從上往下看的坐標系投影平面圖。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)小圓黑點表示，編程用這個坐標系。（2）對銑床而言，Z軸與主軸軸線重合，沿著Z軸正方向移動將增大工件和刀具間的距離，即刀具遠離工件的方向為+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系，如圖6所示。圖7是立式銑床從上往下看的坐標系投影平面圖，編程用這個坐標系。

圖6 用右手笛卡兒坐標系確定Y軸示意圖

圖7 立式銑床從上往下看的坐標系投影平面圖

區(qū)分加工圓弧時的

方向是順時針還是逆時針加工平面 是由任意兩坐標軸構(gòu)成的平面或投影平面。數(shù)控機床上加工平面為觀察者迎著第三坐標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)其加工工件刀具運動時的移動方向是順時針還是逆時針來區(qū)分。當觀察者迎著第三坐標軸的正方向看加工平面，發(fā)現(xiàn)加工工件時，刀具是作順時針回轉(zhuǎn)移動，就是順時針方向；反之，發(fā)現(xiàn)加工工件時，刀具是作逆時針回轉(zhuǎn)移動，就是逆時針方向。

判斷應(yīng)用順時針和逆時針圓弧插補指令的方法

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

如加工圖8所示的圓弧，圓弧的起點在刀尖處，終點在圖上箭頭尖端，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軸的正方向看這個平面，即從里往外看XZ平面的圓弧回轉(zhuǎn)的方向是順時針還是逆時針。顯然，加工圖8所示圓弧，刀具是順時針回轉(zhuǎn)，應(yīng)該用G02順時針圓弧插補指令。

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，圓弧的起點在刀尖處，終點在圖上箭頭尖端，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軸的正方向看這個平面，即從里往外看XZ平面的圓弧回轉(zhuǎn)的方向是順時針還是逆時針。顯然，加工圖9所示圓弧，刀具是逆時針回轉(zhuǎn)，應(yīng)該用G03逆時針圓弧插補指令。

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，圓弧的起點在刀尖處，終點在圖上箭頭尖端，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軸的正方向看這個平面，即從里往外看XZ平面的圓弧回轉(zhuǎn)的方向是順時針還是逆時針。顯然，加工圖10所示圓弧，刀具是順時針回轉(zhuǎn)，應(yīng)該用G02順時針圓弧插補指令。

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，圓弧的起點在圓黑點，終點在箭頭尖端上，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軸的正方向看這個平面，即從外往里看XY平面的圓弧回轉(zhuǎn)的方向是順時針還是逆時針。顯然，加工圖12所示圓弧，刀具是順時針回轉(zhuǎn)，應(yīng)該用G02順時針圓弧插補指令。

圖12 從上往下看銑床用G02指令使刀具順時針加工圓弧示意圖

如加工圖13所示的各段圓弧，圓弧的起點在圓黑點，終點在箭頭尖端上，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軸的正方向看這個平面，即從外往里看XY平面的圓弧回轉(zhuǎn)的方向是順時針還是逆時針。顯然，加工圖13所示圓弧，刀具是逆時針回轉(zhuǎn)，應(yīng)該用G03逆時針圓弧插補指令。

圖13 從上往下看銑床用G03指令使刀具逆時針加工圓弧示意圖

如加工圖14所示的各段圓弧，圓弧的起點在圓黑點，終點在箭頭尖端上，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軸的正方向看這個平面，即從外往里看XZ平面的圓弧回轉(zhuǎn)的方向是順時針還是逆時針。顯然，加工圖14所示圓弧，刀具是逆時針回轉(zhuǎn)，應(yīng)該用G03逆時針圓弧插補指令。

圖14 從前往后看銑床用G03指令使刀具逆時針加工圓弧示意圖

如加工圖15所示的各段圓弧，圓弧的起點在圓黑點，終點在箭頭尖端上，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軸的正方向看這個平面，即從外往里看XZ平面的圓弧回轉(zhuǎn)的方向是順時針還是逆時針。顯然，加工圖15所示圓弧，刀具是順時針回轉(zhuǎn)，應(yīng)該用G02順時針圓弧插補指令。

圖15 從前往后看銑床用G02指令使刀具順時針加工圓弧示意圖

如加工圖16所示的各段圓弧，圓弧的起點在圓黑點，終點在箭頭尖端上，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軸的正方向看這個平面，即從外往里看YZ平面的圓弧回轉(zhuǎn)的方向是順時針還是逆時針。顯然，加工圖16所示圓弧，刀具是順時針回轉(zhuǎn)，應(yīng)該用G02順時針圓弧插補指令。

圖16 從左往右看銑床用G02指令使刀具順時針加工圓弧示意圖

如加工圖17所示的各段圓弧，圓弧的起點在圓黑點，終點在箭頭尖端上，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軸的正方向看這個平面，即從外往里看YZ平面的圓弧回轉(zhuǎn)的方向是順時針還是逆時針。顯然，加工圖17所示圓弧，刀具是逆時針回轉(zhuǎn)的，應(yīng)該用G03逆時針圓弧插補指令。

圖17 從左往右看銑床用G03指令使刀具逆時針加工圓弧示意圖

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

正確運用順時針和逆時針圓弧插補指令

用數(shù)控機床加工工件，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。在編寫程序時常用到圓弧插補指令。如何正確運用順時針圓弧插補指令G02和逆時針圓弧插補指令G03呢？現(xiàn)舉例說明。

圖18 多級半球形圓臺平面圖

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)進行精加工編程。

同一段圓弧，從不同的方向運行刀具進行切削，即切削圓弧的起點和終點不同，就有順時針和逆時針之別，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用順時針圓弧插補指令G02和逆時針圓弧插補指令G03，熟練編寫出加工工件的程序。

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