项目一 基本插补指令的应用

1. 项目一 基本插补指令的应用 • 项目内容 • 相关知识 • 编程指令 • 项目分析 • 项目实施 • 项目拓展练习 • 其它案例

2. 项目内容 如下图所示为简单的轴类零件，已经进行了粗加工，工件还没有切断，留有0.5mm的精加工余量，要求对零件进行技术分析、确定装夹方案、选择加工刀具、制定加工方案、运用直线插补和圆弧插补等指令进行精加工程序的编制，及加工检验。

3. 相关知识 1、数控基础知识 2、数控车床 3、数控车床加工的主要内容 4、数控车床编程基础 • 程序编制的内容 • 程序编制的方法 • 数控车床的坐标系 • 数控车床坐标系中的各原点 • 坐标值的确定 • 直径、半径编程方式

4. 1、数控基础知识 ◆ 数控定义与数控机床 ⊙数控是数字程序控制的简称，英文即Computer Numerical Control。它的实质是通过特定处理方式下的数字信息（不连续变化的数字量）去自动控制机械装置进行动作。 ⊙采用数控技术实现数字控制的一整套装置和设备，称为数控系统。 ⊙数控机床就是装备数控系统，采用数字信息对机床运动及其加工过程进行自动控制，自动加工零件的机床。

5. ◆数控机床的特点

6. ◆数控机床的组成

7. 2、数控车床 ◇ 开环伺服系统——这类车床所采用的开环伺服系统又称为步进电动机驱动系统，它的主要特征是该系统内没有位置检测反馈装置。我国目前的经济型数控车床普遍采用步进电动机驱动系统。

8. ◇ 闭环伺服系统——这类车床的控制精度很高，采用全闭环伺服系统，形成全部位置随动控制环路，自动检测并补偿所有的位移误差。

9. ◇ 半闭环伺服系统 ——这类车床所采用的伺服系统与全闭环伺服系统的共同特点是该系统内设有以位置检测元件为主的测量反馈装置，它在车床的控制过程中形成部分位置随动控制环路，但不把机械传动位置等部分包括在内，故称该控制环路为“半闭环”。

10. ◇车削外圆 （a）45°车刀车削外圆 （b）90°正偏刀车削外圆 （c）反偏刀车削外圆 （d）加工工件内部的外圆柱面 （e）加工外沟槽

11. ◇车削内孔 （a）车削通孔 （b）车削盲孔 （c）车削台阶孔 （d）车削内沟槽

12. ◇车削端面 （a）45°车刀车削端面 （b）左偏刀车削端面(由外向中心进刀) （c）左偏刀车削端面(由中心向外进刀) （d）右偏刀车削端面

13. ◇车削螺纹 （a）车削外螺纹 （b）车削内螺纹 （c）车削台阶孔 （d）攻螺纹

14. 4、数控车床编程基础 ◆ 程序编制的内容

15. ◆ 程序编制的方法 ① 手工编程——就是由人工编写零件的加工程序，手工编程具有编程快速及时的优点，其缺点是不能进行复杂曲面的编程。 ② 自动编程——自动编程是指用计算机编制数控加工程序的过程，编程人员只需根据零件图样的要求，由计算机自动地进行数值计算及后置处理，编写出零件加工程序单。

16. ◆ 数控车床的坐标系 ⊙采用右手直角卡笛尔坐标系，其基本坐标轴为X、Y、Z直角坐标，大姆指方向为X轴的正方向，食指为Y轴的正方向，中指为Z轴的正方向；相对于每个坐标轴的旋转运动坐标轴为A、B、C，以大姆指指向+X，+Y，+Z方向，则其余四指指向圆周进给运动的+A，+B，+C方向。

17. ⊙ 机床原点 机床原点又称机械原点，它是机床坐标系的原点。该点是机床上的一个固定的点，是机床制造商设置在机床上的一个物理位置，通常用户不允许改变。机床原点是工件坐标系、机床参考点的基准点。车床的机床原点为主轴旋转中心与卡盘后端面之交点（下图中的O点）。

18. ⊙ 机床参考点 机床参考点是机床制造商在机床上用行程开关设置的一个物理位置，与机床原点的相对位置是固定的，机床出厂之前由机床制造商精密测量确定,通常安装在X轴和Z轴的正向的最大行程处， 又称为机械原点,或机床固定原点,利用系统所指定自动返回机械原点指令可以使指令的轴自动返回机械零点，全动能或高档型的数控车床都设有机械原点，但一般的经济型或改造的数控车床上没有安装机械原点。

19. 设置机械参考点的目： ▼需要时便于将刀具或刀架自动返回该点； ▼当程序加工起点与机械原点一致，可执行自动返回程序加工起点； ▼若程序加工起点与机械原点不一致，可通过快速定位指令或回程序起点方式回程序加工起点； ▼可作为进给位置反馈的测量基准点。

20. ⊙ 程序原点 程序原点是编程员在数控编程过程中定义在工件上的几何基准点，有时也称为工件原点，是由编程人员根据情况自行选择的。是指刀具（刀尖）在加工程序执行时的起点，又称为换刀点。程序原点的位置是以工件的编程原点位相对的。

21. ⊙ 工件编程原点 在工件坐标系上，确定工件轮廓坐标值的计算和编程的原点，称为工件编程原点。它属于一个浮动坐标系，以它为原点建立一个直角坐标系来进行数值的换算。在数控车床上，一般将工件编程原点设在零件的轴心线和零件两边端面的交点上。 确定工件编程原点的原则： ▼工件编程原点的位置选在工件图样的基准上，以利于编程； ▼在该点建立的坐标系中，各几何要素关系应简洁明了，便于坐标值的确定； ▼选在尺寸精度高、粗糙度值低的工件表面上； ▼选在工件的对称中心上，便于测量和验收。

22. ◆ 坐标值的确定 ① 绝对坐标值（X，Z） 在直角坐标系中，所有的坐标点均以直角坐标系中的原点（工件编程原点）为固定的原点，作为坐标位置的起点（0，0）； ② 增量（相对）坐标值（U，W） 增量坐标值指在坐标系中，运动轨迹的终点坐标是以起点计量的，各坐标点的坐标值是相对于前点所在的位置之间的距离，径向用U表示，轴向用W表示。 ③ 混合坐标值（X/U，Z/W） 即径向坐标和轴向坐标可以分别采用绝对坐标或相对坐标以组成混合坐标，如Ｘ和Ｗ、U和Ｚ。

23. 坐标指令编程举例

24. ◆ 直径、半径编程方式 数控车床的编程有直径和半径两种编程方式。 ① 直径编程——直径编程是指X轴的坐标值取为零件图样上的直径标注值，采用直径尺寸编程与零件图样中的尺寸标注一致，这样可避免尺寸换算过程中可能造成的错误，给编程带来很大的方便，所以如没有特别的提示，我们以下都按直径编程的方式来编程。 ② 半径编程——半径编程是指X轴的坐标值取为零件图样上的半径值。

25. 编程指令 1、G00——快速定位指令 2、G01——直线插补指令 3、G02、G03——顺/逆时针圆弧插补指令 4、G50——工件坐标系设定指令 5、G04——暂停指令 6、G28——自动返回参考点指令 7、G98、G99——每分钟进给、每转进给指令 8、G96、G97——恒线速控制与取消指令

26. 指令格式：G00 X（U）＿Ｚ（W）＿； 其中：X、Z＿刀具终点坐标值（绝对值坐标编程）； U、W＿刀具移动的距离（相对值坐标编程）； 1、G00——快速定位指令 G00指令的走刀路线

27. ★ G00指令一般用于加工前快速定位或加工后快速退刀。 ★ G00指令中的快速移动速度由机床参数设定，所以其移动速度不能在地址F中规定，但其移动速度可由操作面板上快速移动速度的倍率来调节； ★ 在执行G00指令时，不能保证同时到达终点，先走完较短的轴，再走完较长的另一轴，刀具并不是简单地从原点移动到终点，而是按a角（此角是固定的，22.5°或45°，它决定于各坐标轴的脉冲当量），所以在使用时注意刀具是否和工件干涉。 ★ G00为模态功能，可由G01、G02、G03等功能指令来进行注销。 ★ G00编程时，可用绝对值，也可以用相对值，甚至可以混合作用，视情况可灵活选用。 注意

28. 插补原理 刀具是沿X轴移动一个或几个脉冲当量，再沿Z轴方向移动一个或几个脉冲当量，直至到达目标终点，从而合成所需的运动轨迹（直线、圆弧或曲线）。这种根据给定的直线、圆弧或曲线函数，由数控装置用最小的阶梯折线逼近理想的直线或曲线的方法称为插补。 直线的拟合 圆弧的拟合

29. 指令格式：G01 X（U）＿Ｚ（W）＿Ｆ＿； 其中：X、Z＿刀具终点坐标值（绝对值坐标编程）； U、W＿刀具移动的距离（相对值坐标编程）； F＿进给速度； 2、G01——直线插补指令

30. ★ G01可以指令一个坐标轴作直线运动，用于加工内、外圆柱面或端面，也可以同时指令两个坐标轴联动，用于加工内、外圆锥面。 ★ 编程时，直线插补进给速度由F决定，首次出现G01的程序段中必须有进给速度，刀具才能作切削运动；F为模态值，在F指定后，对后面的程序段总是有效的，除非后面的程序段中有新的F值指令，才会取代前面的F值。 ★ G01指令编程时，坐标值可用绝对值，也可以用相对值，甚至可以混合作用，视情况可灵活选用。 ★ F有两种表示方法：每分钟进给量（mm/min）；每转进给量（mm/r）。 注意

31. 指令格式1：G03 X（U）＿Z（W）＿R＿F＿； 或 G02 X（U）＿Z（W）＿R＿F＿； 其中：X、Z＿圆弧终点的绝对坐标值； U、W＿圆弧终点相对于前一点的相对增量； R＿圆弧半径； F＿进给速度； 指令格式2：G03 X（U）＿Z（W）＿I＿K＿F＿； 或 G02 X（U）＿Z（W）＿I＿K＿F＿； 其中：X、Z＿圆弧终点坐标值； U、W＿圆弧终点相对于前一点的相对增量； I＿圆弧起始点到圆弧圆心的矢量在X轴上的分量（mm）； K＿圆弧起始点作坐标，圆弧起点至圆心Ｚ轴方向的距离（mm）； F＿4位数字的进给功能代码； 3、G02、G03——顺/逆时针圆弧插补指令

32. 前刀架机床上的圆弧插补 后刀架机床上的圆弧插补 G03圆弧插补 G02圆弧插补

33. ★ 圆心坐标（I，K）为圆心起点到圆弧中心点所作矢量分别在X、Z轴坐标方向上分矢量（矢量方向指向圆心）。I，K为相对值，并带有“±”号，当矢量的方向与坐标轴的方向不一致时取“－”号，当矢量的方向与坐标轴的方向一致时取“＋”号。 ★ R为圆弧半径，不与I，K同时使用。若圆弧插补程序段中有I、K、R同时指令时，则R有效，I，K无效。 ★ 在数控车床圆弧插补中，从起点到终点只能指定小于180°的圆弧，而不能指定大于180°的圆弧。 ★ F为模态值，有两种表示方法：每分钟进给量（mm/min）；每转进给量（mm/r）。 ★ 一般情况下，从圆弧的起点到终点有两个圆弧的可能性，在数控铣、加工中心编程时为区别两种情况，规定圆心角小于或等于180°半径R取正值，圆心角大于180°时，半径R取负值。当用半径R指定圆心位置时，是不能描述整圆。 注意

34. 指令格式：G50 X＿Ｚ＿； 其中：X、Z＿基准刀具试切时，对刀点到工件坐标系原点的有向距离（绝对值坐标编程）； 4、G50——工件坐标系统的设定 注意： ★ G50指令建立工件坐标系后，数控系统会记忆基准刀对刀点坐标值为（X，Z）的坐标系，其后的加工程序就在此坐标系中运行。 ★ 该指令建立坐标系时，刀具并没有产生运动，但系统会自动存储用来建立工件坐标系的基准刀具的补偿值。 ★ G50为非模态指令，执行一次建立一个工件坐标系。

35. 指令格式：G04 X＿；或 G04 P＿； 其中：X＿暂停时间，单位为秒； P＿为暂停时间，单位为0.001秒； 5、G04——暂停指令 注意： X后面的数值单位为秒，如G04 X5表示前面的程序执行完后，要经过5秒的暂停，下面的程序段才继续执行。 P后面的数值单位为毫秒，如G04 P5000表示前面的程序执行完后，要经过5秒的暂停，下面的程序段才继续执行。

36. 指令格式：G28 X（U）＿Z（W）＿； 其中：X、Z＿指定返回到参考点路途经过的中间点，用绝对值指令； U、W＿指定返回到参考点中途经过的中间点，用增量值指令； 6、G28——自动返回参考点指令 注意： ★ 快速从当前位置定位到指令轴的中间点位置（A点－B点）； ★ 快速从中间点定位到参考点（B点－R点）； ★ 若非机床锁住状态，返回参考点完毕时，回零灯亮。 ★ 有的经济型数控车床没有设置机械原点（参考点），所以G28指令无效。 ★ 设有机械原点的车床，以接通电源后，首先应该手动方式回参考点，程序中的G28指令才有效。

37. G98是每分进给状态，指刀具每分钟走的距离，用F后面的数值直接指令，G98是模态的，一旦指令了，在G99指令之前，一直有效。 G99是每转进给状态，主轴每转刀具的进给量用F后面的数值直接指令，G99是模态的，一旦指令了G99状态，在G98指令之前，一直有效。 7、98、G99——每分进给、每转进给指令

38. 所谓的恒线速控制是指主轴转速S后面的线速度是恒定的，随着刀具的位置变化，根据线速度计算出主轴转速，并把与其对应的电压值输出给主轴控制部分，使得刀具瞬间的位置与工件表面保持恒定的关系。所谓的恒线速控制是指主轴转速S后面的线速度是恒定的，随着刀具的位置变化，根据线速度计算出主轴转速，并把与其对应的电压值输出给主轴控制部分，使得刀具瞬间的位置与工件表面保持恒定的关系。 （1）恒线速控制指令 指令格式：G96 S＿； 其中：S＿指定线速度。 （2）恒线速取消指令 指令格式：G97 S＿； 其中：S＿指定主轴转速。 8、G96、G97——恒线速控制与取消指令

39. 项目分析 1、零件工艺性分析 ⊙半成品的选用——根据所要加工的零件，选择已进行了粗加工的半成品，长度为55mm，材料为45号钢，留有0.5mm的精加工余量。 ⊙技术要求分析——该零件属于已粗加工的简单轴类零件，加工的内容包括半球面、圆柱、圆锥、圆弧面的精加工，还有倒角及零件切断的加工，根据该零件图得知，其表面粗糙度值不大于Ra3.2 μm，径向尺寸φ12、φ16、φ24精度要求较高，有公差要求，无热处理和硬度要求。

40. 项目分析 ⊙确定装夹等方案——由于是半成品，用三爪自定心卡盘装夹，保证工件伸出的长度为50mm，保证该零件的各圆柱、圆锥、圆弧等的轴线同轴，校正，夹紧。 ⊙选择刀具——根据加工要求，选用二把刀具，T0100为硬度合金90°外圆精车刀，T0200为高速钢材料，刀宽为3mm的切断刀，同时将二把刀安装在刀架上，对刀，把它们的刀补值输入相应的刀具补偿寄存器中。

41. 项目分析 ⊙制定加工方案——

42. 项目分析 2、编程说明 数值计算

43. 2、编程说明 参考程序 项目分析

45. 项目实施 1、操作要点及注意事项 （1）严格按照数控车床的操作规程和安全规程进行操作； （2）开机后，进行数控车床空载运行，检查车床各部分运行状况； （3）对刀时，切槽刀以右刀尖作为编程的刀位点； （4）正确使用游标卡尺、外径千分尺测量相关的尺寸； （5）为保证零件尺寸的准确性，加工可分半精加工和精加工两步骤来进行，或通过修改刀补的方法来执行； （6）发生事故时，要沉着着冷静、积极配合工作人员处理。

46. 项目实施 2、操作步骤及质量检测 （1）准确快速地输入加工程序； （2）通过数控系统图形仿真加工轨迹，进行程序的校验及修整； （3）使用装夹具正确地安装刀具，进行对刀操作，建立工件坐标系； （4）使用自动运行方式对工件进行自动加工操作； （5）加工过程后，按图纸要求检测工件，对工件进行误差与质量分析； （6）加工完成后，按规定要求润滑保养数控车床。

47. 项目总结 ◆ 此项目的目的主要是熟悉G00、G01、G02、G03等基本指令，掌握各指令加工的特点、适合的范围、使用方法、使用技巧以及使用过程中应注意的问题等； ◆ 熟悉各指令加工时的走刀路径；掌握各指令的编程格式、各参数的含义、各参数的确定等。 ◆ 掌握用G02、G03指令加工圆弧面时，注意数控车床是前刀架还是后刀架，这样才能正确地选择顺时针、逆时针圆弧插补指令，同时，要根据零件所提供的尺寸，选择合理的编程格式；

48. ◆所有不同型号的数控车床、铣床都必须用到G00、G01、G02、G03指令，这四个指令在所有数控系统中都通用。在数控车、铣床自动编程中，任何平面、曲面加工的路径最后都是由直线、圆弧插补组成。所以说，这四个指令是数控编程的最基本组成单元。◆所有不同型号的数控车床、铣床都必须用到G00、G01、G02、G03指令，这四个指令在所有数控系统中都通用。在数控车、铣床自动编程中，任何平面、曲面加工的路径最后都是由直线、圆弧插补组成。所以说，这四个指令是数控编程的最基本组成单元。 ◆用G02、G03指令加工圆弧面时，要注意顺、逆方向及圆弧半径和圆心坐标编程的不同之处。 ◆ 通过实训项目的学习与练习，了解数控车床对刀与工件坐标系之间的关系；通过半精加工、精加工控制工件尺寸，正确地控制好零件的尺寸。 ◆ 掌握使用各种量具对加工零件的相关尺寸进行测量。

49. 其它案例 车削如下图所示的球头手柄。在25mm的棒料上已进行了粗加工。试编写此工件的精加工程序。

50. 解答过程 • 零件图工艺分析 • 数值计算 • 工件参考程序与加工操作过程 • 安全操作和注意事项