2007年第10期（总第107期） 吕孝敏（合肥工业大学技师学院，安徽 合肥）

【摘要】本文提出了一种在数控车手工编程中正确选用顺时针圆弧插补指令和逆时针圆弧插补指令的简便方法，并给以验证。

【关键词】数控车；手工编程；顺时针圆弧插补；逆时针圆弧插补

1　前言

手工编程从工艺分析，数值计算，到数控程序的校验，试切修改均由人工完成。对于几何形状不太复杂，加工程序较短，数据处理简单而不易出错的零件，采用手工编 程就可以实现，而且显得经济及时，简便快捷，灵活自如。目前，国内大部分的数控车床编程处于这一层次。即使在自动编程高速发展的将来，手工编程的重要地位 也不可取代，仍是自动编程的基础。在先进的自动编程方法中，许多重要的经验都来源于手工编程，并不断丰富和推动自动编程的发展。

数控编程中，圆弧插补指令分为顺时针圆弧插补指令G02和逆时针圆弧插补指令G03。正确选用G02和 G03需 要在三维坐标系内分析和判断。由于数控车床是二维加工，在教学过程中，学生在第三轴引入和顺逆时针判断过程中不容易掌握，而且很容易出错。有的同学甚至讲 太复杂了，搞不好。本文提出了一种数控车手工编程中正确选用顺时针圆弧插补指令和逆时针圆弧插补指令的简便方法，这种方法不需要引入第三轴，甚至不需要考 虑坐标系，操作简单，很容易掌握而且不容易出错。在实践教学过程中，该方法的应用取得了良好的教学效果。同学们拿到图纸后都能清楚的知道正确的圆弧差补指 令。该方法的提出对于初学者及熟练操作者都有重要的指导意义，有利于缩短生产周期，提高劳动生产率，以及提高数控机床的利用率。

2　常规判别方法

圆弧插补的顺逆判断方法是：沿圆弧所在平面（如Z—X平面）的垂直坐标轴的负方向（-Y）看去，顺时针方向用G02，逆时针方向用G03，如图1所示。

图1 圆弧插补的顺逆判断

数控车是两坐标机床，只有X和Z轴，判断圆弧的顺逆应按右手定则的方法，要将Y轴也加上去考虑。观察者让Y轴的正方向指向自己（即沿Y轴的负方向看去），站在这样的位置上就能正确判断Z—X平面上圆弧的顺逆时针了。

这种常规方法通用于数控车铣编程，是基于右手笛卡尔坐标系，利用右手定则结合看垂直坐标平面的第三轴方向来进行的。该方法的优点是思路严密，逻辑性强；缺点是步骤多，不易操作，对于只有两坐标轴的数控车床来讲，第三坐标的引入及圆弧顺逆判断相对费时间又容易出错。而且对于初学者来讲很难理解同一段圆弧刀架前置和刀架后置指令不同；同一个工件轴线上面和轴线下面顺逆方向不同所用指令却相同。

3　简便判别方法

实践证明，我们在实际生产过程中，可以不考虑右手笛卡尔坐标系，直接看零件图就知道圆弧加工该用什么指令。圆弧插补的顺逆判断的简便方法是：在圆弧编程时，只分析零件图轴线上半部分圆弧形状，当沿该段圆弧形状从起点画向终点为顺时针方向时用G02，反之用G03，如图2所示。

图2 圆弧插补顺逆的简易判断

　　应用实例：加工零件如图3所示，根据简便方法我们看轴线上面的圆弧AB段，从加工起点A沿圆弧曲线画向加工终点B是逆时针方向，用G03指令；再看圆弧BC段，从加工起点B沿圆弧曲线画向加工终点C是顺时针方向，用G02指令

该方法既无须考虑刀架前置还是后置，更不要考虑坐标系及其正负方向的问题,非常简便、易学、易记，更重要的是不易出错。

4　简便方法的验证

如上所述该方法既然如此简单，但该方法是否既能适合前置刀架又能适合后置刀架，是否也符合右手笛卡尔坐标系呢？下面我们来逐一验证。

4.1对于后置刀架

根据右手定则，在简便方法基础上添加笛卡尔坐标系，如图4所示。首先根据简便方法，我们看轴线上面的圆弧曲线，顺时针方向用G02，逆时针方向用G03。根据常规判别方法，我们沿-Y方向看Z—X平面（也是轴线上面的圆弧曲线），顺时针方向用G02，逆时针方向用G03。因此，我们可知：对于后置刀架，用简便方法和用常规方法作出的判断结果相同，

应用实例1：例如我们用后置刀架的数控车床来加工图3所示的外圆工件。用简便方法判断可知AB段圆弧用G03指令，BC段圆弧用G02指令。用常规方法判断步骤如下：（1）根据右手定则建立笛卡尔坐标系如图5所示。（2）沿着-Y方向看Z—X平面（Y轴指向纸外并垂直于纸面）。（3）AB段是逆时针方向，用G03指令，BC段是顺时针方向用G02指令。

实例2：又如我们用后置刀架的数控车床来加工图6所示的内孔工件。

首先，我们用简便方法看轴线上方圆弧部分，AB段是顺时针圆弧，用G02指令。BC段是逆时针圆弧，用G03指令。用常规方法判断步骤如下：（1）根据右手定则建立笛卡尔坐标系如图7所示。（2）沿负Y方向看Z-X平面（Y轴指向纸外并垂直于纸面）。（3）AB段是顺时针用G02指令，BC段是逆时针用G03指令。

因此，我们可知用常规方法判断与简便方法结果一致。对于后置刀架用简便方法判断是正确的。

4.2对于前置刀架

根据简便方法，我们只看轴线上面的圆弧曲线方向来断定所需指令（如图2）。用常规方法判别需根据右手定则建立笛卡尔坐标系（如图1（b）），然后沿Y轴负方向看Z—X平面，所看到的是轴线下面的圆弧曲线，其主视图如图8所示。数控车所加工的工件轴线上下部分完全对称，所以图8沿Z轴旋转180度与后置刀架圆弧顺逆判别图示4完全一致。前面已经证明后置刀架简便判别方法与常规判别方法结果一致，所以，我们可以推断出前置刀架简便判别方法与常规判别方法结果也是一致的。

下面我们用实例再验证一下上述结论。例如用前置刀架加工如图3所示的工件。我们用简便方法很容易看出AB段用G03指令，BC段用G02指令。用常规方法判断如下：（1）如图9建立右手笛卡尔坐标系。（2）由于工件轴线上下部分完全对称，沿-Y方向看Z—X平面（Y轴指向纸内并垂直于纸面），所看到的Z-X平面内图形与图5所示Z-X平面内图形相同（图形绕Z轴转180度，B与B`重合C与C`重合）。（3）同理得出AB段用G03，BC段用G02。

图9用前置刀架加工件1的坐标系图

若加工如图6所示的内孔工件用简便方法和常规方法也同样可以获得相同的判断结果。因此，该简便方法用于前置刀架也是正确的。

4.3　结论

经上述两种情况的验证，说明无论是前置刀架还是后置刀架，无论是车外圆还是车内孔，简便方法的判别结果与常规方法判别结果相同，但简便方法能作出更加快速而 又准确的判断。由于当前一般数控方面书籍都只介绍了常规判别方法，操作起来费时费力还容易出错。本文提出的简便判别方法不再借助右手比划三维坐标系，舍弃 了第三轴的方向问题，该判别方法操作简单，极易掌握。实践证明，该方法的应用，使得教学变得更加轻松愉快，取得了良好的教学效果。

参考文献

[1]张思弟.数控车工实用技术手册[M].南京: 科学技术出版社. 2006.

[2]合肥工业大学工业培训中心. 现代制造技术工程训练指导[M]. 合肥: 合肥工业大学出版社. 2004.

作者简介：吕孝敏（1974—），女，山东禹城人，合肥工业大学技师学院助理工程师，合肥工业大学机械与汽车学院在读研究生，研究方向：数控技术。

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