数控铣“圆弧插补指令G02、G03”的教学过程探讨

赵玉凤　金亚云　程洋　张福豹

【摘 要】《数控加工与编程》是高等职业教育中机电类专业的核心专业课程之一。该课程实践性较强，基本指令的教学非常重要，数控铣削加工中，圆弧插补指令G02、G03难度比较大，本文结合笔者的教学经验，总结出圆弧插补指令G02、G03编程的学习步骤，非常有利于学生的学习和灵活应用圆弧插补指令。

【关键词】数控铣削；圆弧插补；编程

0 引言

《数控加工与编程》是高等职业教育中机电类专业的核心专业课程之一。该课程实践性较强，教学过程中，基本编程指令：G00、G01、G02、G03、G40、G41、G42等的学习是学生在数控机床操作训练中必须掌握的指令。结合理论教学与机床实际操作，发现学生在圆弧插补指令G02、G03的应用中问题较多。G02、G03在应用中的错误主要出现在如下几个方面：（1）圆弧顺时针、逆时针的方向判别；（2）使用编程格式不当。为了较好的掌握圆弧插补指令G02、G03，本文结合笔者的教学经验，从以下几个方面着手。

1 课前准备工作

采用多媒体授课结合仿真软件，现场授课通过CRT显示屏模拟，铣床仿真加工外轮廓和内腔程序，课前输入到仿真系统或数控铣床，上课时打开演示G02、G03的走刀路线。

2 教学基本思路

在教学过程中以数控加工仿真实训室和数控加工实训中心为第一课堂，采用“教学做合一”的教学模式，利用现代教育技术和实训室先进的设备条件，边讲解、边演示、边实验、边训练，达到强化学生知识、技能、能力三者融会贯通的目的，开放式实训教学满足了不同程度学生的实践需求，为学生创新意识和创新能力的培养提供了广阔的平台。

3 教学过程

（1）复习及导入新课：首先以提问的方式简单复习上节课所学习的G00、G01、G40、G41、G42的编程指令，写出编程格式。然后以提出任务的方式，编写图1所示工件加工程序。分析图形，图中不仅有直线段还有圆弧段，加工圆弧的程序应该如何编写，从而引出本节课的教学目标，导入本节课所要讲解的指令。

（2）教学目标：①知识目标 掌握G02、G03插补指令的编程格式、各参数的含义且及能够在实际编程是正确应用G02、G03指令；②能力目标 培养学生正确分析图纸、确定轮廓加工时的走刀路线，编制完整程序的能力，学会运用G02、G03指令编程格式和加工，引导学生体验探究的过程，提高学生对数控加工与编程课程的兴趣；③德育目标 形成严谨的学习习惯并树立自信心；④重点 圆弧插补指令G02、G03的编程格式及编程应用；⑤难点 圆弧顺、逆方向的判断；终点坐标+圆弧半径的编程格式，以及R正负的确定；终点坐标+圆心半径的编程格式，圆心坐标I、J的坐标计算。

（3）讲授新课：详细讲解圆弧插补指令格式，讲解圆弧顺逆方向的判断；讲解格式中各参数的含义并举例。圆弧插补指令的用途：圆弧插补指令命令刀具在指定平面内按给定的进给速度F作圆弧运动，切出圆弧轮廓。

圆弧插补指令顺时针、逆时针的方向判别：从不在圆弧平面的坐标轴正方向往负方向看，顺时针用G02，逆时针用G03，如图2所示。

图1 零件图

图2 顺、逆时针的方向判别

图3 圆弧插补指令程序格式

圆弧插补指令程序格式如图3所示，数控系统在上电后一般默认为G17，我们主要以G17平面为主，进行讲解。

格式一：G17 G02（或G03）X_Y_R_F_；

指令说明：X、Y为圆弧终点坐标，R为圆弧半径，F为进给速度，

圆心角≦ 180°时R_为正值，圆心角﹥180°时R_为负值。

注意：整圆编程不能用R格式，只能用I，J，K格式。

应用举例：圆弧点A（20，90）点B（90，40），圆弧半径R52，用终点半径方式分别写出起点为A终点为B和起点为B终点为A的程序。如图4所示。

解答：起点为A终点为B：G17 G02 X90 Y40 R52 F60；

起点为B终点为A：G17 G03 X20 Y90 R52 F60。

格式二：G17 G02（或G03）X_Y_I_J_F_；

指令说明：所有程序段里X_Y_的“_”是终点坐标值。

I_为圆心的X轴坐标减去起点的X轴坐标；（X轴）

J_为圆心的Y轴坐标减去起点的Y轴坐标；（Y轴）

即终点坐标+圆心坐标格式中不管是用G90还是用G91指令，I、J均表示圆弧圆心相对圆弧起点的增量值。

注意：终点坐标+圆心坐标格式不仅可以加工一般圆弧，还可用于整圆零件加工。

图4 曲线示意图

图5 曲线示意图

应用举例：整圆加工，起点A（15，45）、圆心 O（40，45），用终点圆心方式写出整圆加工的程序。如图5所示。

解答：G17 G02 X15 Y45 I25 J0 F60。

4 编程举例

例 （用导入新课的零件图图1）毛坯80*80的铝锭，用Φ8的刀具，用G00、G01、G02、G03指令编写其精加工程序。其中，我利用AW课件平台自制指令运动轨迹，现场示范带领学生一起编程与模拟加工。同时利用数控仿真软件，打开预先保存的一个程序O0001，演示G02/G03的走刀路径，程序执行采用单段执行及自动执行，让学生观察该零件的实际加工过程，注意走刀路径。这样有利于学生的学习掌握。

5 总结

①圆弧插补顺、逆方向判别；②圆弧插补编程指令：格式一：G17 G02（或G03）X_Y_R_F_；格式二 ：G17 G02（或G03X_Y_I_J_F_。）

【参考文献】

[1]顾拥军.数控加工与编程[M].北京：国防工业出版社，2010.

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

[3]李汉平.数控加工技术[M].武汉：华中师范大学出版社，2011.

[责任编辑：张涛]