数控加工程序常用指令

2.3.6　数控加工程序常用指令

1．G00 快速点定位指令

（1）G00的含义　G00指令控制刀具以点定位控制方式从刀具当前点快速移动到本程序段的目标点。

G00的命令格式为：

G00　X__　Y__　Z__　；

其中，坐标字X、Y、Z的坐标值反映本程序段的目标点坐标。当使用绝对值编程时，X、Y、Z直接反映目标点在当前坐标系中的绝对坐标值；当采用的是增量值编程时，X、Y、Z反映的是相对于刀尖当前点的坐标增量。

（2）G00的移动速度　快速点定位G00的移动速度大小是由机床参数提前设定好的，不需要在程序中体现。

（3）G00的移动路线　G00快速移动一般不需要数控系统进行插补运算，各个移动坐标的驱动电机的运动相互间是独立的，所以G00运动轨迹要根据系统的具体情况来确定，一般情况下是各个驱动电机各自执行自己的运动，首先移动到位的电机会自动停下来，所以快速点定位时的执行路线经常为折线形。如图2-52和图2-53所示，许多机床是首先沿着45°方向进行直线移动，执行完X和Z两个移动方向中距离短的那一个坐标方向的移动，然后沿剩余运动的坐标方向将其余的移动执行完。所以，当不能够提前准确地把握机床G00的具体移动路线情况时，为了防止快速移动时发生碰撞，应该采取较谨慎的移动方法，有目的地将移动确定在比较安全的方向上来进行。或者在快速移动中设置一个安全的中间点，将一次移动（有可能是斜方向移动）转换为两次快移。

图2-52　G00 快速移动方式1

图2-53　G00 快速移动方式2

2．G01 直线插补

（1）直线插补的含义　G01直线插补指令是执行直线工作进给的指令。它命令刀具在两个坐标轴或三个坐标轴间以插补联动的控制方式完成两个已知点之间的直线移动进给，直线插补的起点是刀尖的当前点，直线插补的终点是本程序段所给出的目标点。工作进给速度大小需要用F指令进行指定。

（2）G01程序段格式 G01直线插补命令的格式如下：G01　X__　Y__　Z__　F__　；

其中，X、Y、Z所给出的坐标值为本程序段的移动目标点，F字给出进给速度的大小。

（3）G01 直线插补的移动精度　G01直线插补的移动精度取决于系统的插补方式与机床的脉冲当量的大小，同时取决于加工容差的设置。

（4）G01程序段的运动速度　G01的工作进给速度由F字指定，如果在G0I程序段中没有F指令，而在此前的G0l程序段也没有F指令，则机床不产生移动，有的机床还会出现系统报警。由于F指令是模态制指令，具有续效作用，所以，如果在一个G01程序段之前已经有过F的指定，而且它始终处于续效状态而没有被清消掉，则本程序段的F字可以省略，不再写出。

要注意，G00指令对G01和F字都具有清消作用，所以，G00以后再指定G01时，需要重新指定F值。

（5）G01 直线插补命令实例：

如图2-54所示为直线插补指令在加工程序中的应用实例，数控车床为后置刀架配置形式，加工程序将工件坐标系的原点设置在工件的外端面精加工后的几何中心上，如工序图所示的W点，

图2-54　G01直线插补与G00快速点定位

刀尖由当前的P0点出发对工件进行φ50圆柱和φ80圆锥的切削加工程序如下：

需要说明的是，数控车床上的X字的数值一般都采用直径量来直接编程，而刀尖在径向的真正移动量是程序值的一半，例如，刀尖由X60.0移动到X40.0，其刀尖在径向方向上的真正移动量是10.0mm，而在直径上，尺寸减小了20.0mm，只是由于图样尺寸都是以直径尺寸来表达圆柱的尺寸，所以出于习惯和编程方便，规定在一般情况下，车床编程中的径向尺寸直接用直径尺寸值来表达。

如果需要用半径来编程，需要在机床的原始参数中另行设定。

3．G02、G03 圆弧插补指令

（1）G02、G03指令的含义　G02、G03指令用于指定圆弧插补。其中，G02表示顺时针圆弧插补；G03表示逆时针圆弧插补。

（2）G02、G03 圆弧插补的平面指定　G02、G03 圆弧插补必须在指定的空间平面内进行，平面指定的指令用G17、G18、G19来表示，其中G17表示指定XY平面；G18表示指定ZX平面；而G19用来指定YZ平面。

（3）G02、G03 圆弧插补时的进给速度　G02、G03 圆弧插补的进给速度是沿圆弧上当前点的切线方向上的线速度。

G02、G03 圆弧插补的进给速度由F字来指定。

需要指出的是，一般情况下，圆弧插补程序段的进给速度与直线插补时的进给速度是不同的，圆弧插补程序段必须设置自己的进给速度F字，即，由直线插补转换为圆弧插补，或者由圆弧插补转换为直线插补时，都需要再次进行进给速度的设定。

（4）G02、G03程序段的格式　G02、G03在数控车床上与数控铣床上的格式稍有不同。

① 数控车床上的圆弧插补格式　在数控车床上，顺时针圆弧插补的程序段格式如下：

G02　X__　Z__　I__　K__ F__；

或者

G02　X__　Z__　R__　F__；

G02表示进行顺时针方向的圆弧插补，圆弧的起点为刀尖的当前点，圆弧的终点为本程序段中由X和Z所给定的目标点坐标值。R字表示圆弧半径的大小。而I和K是用来表达圆弧的圆心位置的。

② 数控铣床上的圆弧插补程序段格式　在数控铣床上，顺时针圆弧插补程序段格式如下：

在XY平面内进行顺时针圆弧插补：

G17　G02　X__　Y__　I__　J__　F__；

在XZ平面内进行顺时针圆弧插补：

G18　G02　X__　Z__　I__　K__　F__；

在YZ平面内进行顺时针圆弧插补：

G19　G02　YI__　Z__　J__　K__　F__；

其中，G17、G18、G19为加工平面选择指令，用以确定圆弧插补的加工平面是在哪个方向上。其中G17表示选择XY平面；G18为选择XZ平面；G19为选择YZ平面。

由于G17属于数控铣床控制系统的初始设置指令，即每次新开机，系统将自动进入G17平面的加工选择，所以，G17可以省略不写。在数控铣床上，如果一个程序段没有平面选择指令，我们就认为是选择XY平面，即默认为G17选择。

上述命令中的I、J、K是用来给出圆弧的圆心坐标的坐标字。我们称其为圆心矢量的三个分矢量。

（5）关于圆心矢量和半径R　在圆弧插补程序段中，除了要给定圆弧的终点外，还需要给出圆弧的圆心位置，这可以有两种手段来实现，直接指定圆心或者给出圆弧的半径值。如果给出半径值，则用R字来表示；如果要指定圆心，则要给出圆心矢量。

① 圆心矢量的概念　所谓圆心矢量是由当前点（圆弧起点）指向圆心的矢量。

如果用圆心矢量来表达圆心位置，则通过坐标字I、J、K 来进行表达，I、J、K为圆心矢量在X、Y、Z三个坐标轴方向上的分矢量（或者称为圆心矢量在X、Y、Z三个坐标方向上的投影）。其正、负号依据它与相应坐标轴方向的同向与反向来决定，同向为正，反向为负。当某个方向的分矢量增量值为零时，允许省略不写。

② 半径R的用法　由于在工程图样上，圆弧经常标注半径量R，所以在圆弧插补程序段中采用R来表达圆心比较方便，经常采用。

当用R来指定圆弧切削时，需要特别注意R字中数值的正、负关系。

同一坐标平面内，同一起点、同一终点、相同半径R值的圆弧有四条，如图2-55所示。为了正确表达不同的圆弧，编程规则中规定：圆心角不大于180°的圆弧用+R值表示，而圆心角大于180°的圆弧用−R值来表示。

另外，编程规则规定，用R不能够描述对整圆的加工。如果要加工整圆，需要采用下述圆心矢量I、J、K圆心表达法：

当圆弧插补加工选择在XY平面内时（G17），应采用I__、J__来表达圆心；

选择G18平面时，采用I__、K__来表达圆心；

选择G19平面时，采用J__、K__来表达圆心。

（6）数控车床上圆弧插补顺时针与逆时针方向的判别　由于普通数控车床一般只有X、Z两个方向的实际运动控制轴，而且刀架配置又分为前置刀架和后置刀架的不同，这往往给圆弧插补时的顺时针与逆时针的正确判断带来困难。圆弧的顺时针与逆时针的判断，应该依据编程规则来明确视线方向。

在判明圆弧插补的顺、逆方向时，应遵循如图2-55所示的视线原则：即依据工件或工作图样进行编程时，应以垂直于加工面的正方向看视图，即以与垂直于加工平面的坐标轴的相反方向看视图，如图2-56所示。

对于不同刀架配置的数控车床，其机床坐标系与工件坐标系的X正方向应如图2-57所示。一般产品数控车床（功能型数控车床）大多为后置刀架，而简易型数控车床和改装型数控车床多半为前置刀架。两种数控车床的X坐标方向正好相反。

图2-55　相同起点、相同终点、相同半径的四条圆弧

图2-56　顺时针与逆时针的判别

所以，对于前置刀架的简易数控车床，我们由操作位置居高临下地看刀尖时，其视线方向与规定的视线原则方向正好相反。所以要注意对前置刀架数控车床的圆弧编程中，圆弧插补的顺、逆方向不要出现错误，正确的判断方法应如图2-58所示。

图2-57 数控车床的两种刀架配置

图2-58　圆弧插补的顺、逆方向

（7）圆弧插补程序段格式　切圆弧程序段格式实例如下：

…… ；

N40　G01　X20.0　Z−30.0　F80 ；

N50　G02　X40.0　Z−40.0　R10　F60 ；

…… ；

其中，N40段为直线插补，刀尖移动到（20，−30）的圆弧起点处，下面N50句为顺时针圆弧插补，圆弧的起点为刀尖的当前点（20，−30），圆弧的终点为（40，−40），圆心参数用圆弧半径R10来指定，进给速度用F60来指定。

如果不使用R指令来指明圆心，可以采用I、K来指定如下：

N50　G02　X40.0　Z−40.0　I10.0　F60　；

这里的I10.0用来表示圆心距离当前点为X方向+10，而Z方向的增量为0，故K矢量可以省略不写。

（8）圆弧插补实例：

图2-59　后置刀架车床的圆弧插补

后置刀架的数控车床对如图2-59所示过渡圆弧R10的插补程序如下：

……　；

N30　G00　X20.0　Z2.0　；（快速移动到前端面2.0mm处）

N40　G01　Z−30.0　F100　；（切φ20圆柱面，至圆弧起点处）

N50　G02　X40.0　Z−40.0　R10　F80　；（顺时针圆弧插补，目标点由X、Z字给出）

……　；

如果刀架为前置式，如图2-60所示，则圆弧插补的程序如下：

……　；

N40　G01　Z−30.0　F100　；（切φ20圆柱面，至圆弧起点c）

N50　G02　X40.0　Z−40.0　R10　F80　；（顺时针圆弧插补，目标点为d）

……　；

这里的圆弧插补由c点向d点看起来好像应该是逆时针插补，但由于本机床为前置刀架，其视线方向应该与当前方向相反，所以，这里应该取顺时针插补G02。

图2-60　前置刀架的圆弧插补

4．G50、G92 工件坐标系零点设定指令

G50、G92在指令表中的定义较抽象：工件零点偏置，即把工件坐标系的原点相对于机床参考点偏移设置。

G50和G92的实际效果和主要作用是工件坐标系零点的设定。其中G50是FANUC系统所使用的设置指令，G92是其他大多数系统所使用的设置指令。应用该指令可以在NC程序中对工件坐标系进行设置。

由于G50、G92的坐标系设置作用，所以G50和G92一般总出现在一个NC程序的开始位置。

（1）G50、G92 程序段格式　G50、G92程序段的格式如下例：

G50　X300.0　Y100.0　Z500.0　；

其中，G50 是命令系统建立一个新的工件坐标系，该坐标系的原点位置是以当前刀尖的坐标位置为计算依据的，程序段中的X、Y、Z三个坐标字给出了新的原点相对于当前刀尖坐标位置的增量值。例如上面的程序段给出了新工件坐标系的原点相对于当前刀尖坐标位置的增量分别为−300.0、−100.0、−500.0，换言之，上述程序段的意义是依据当前的刀尖位置将新的坐标系原点建立在X增量为−300.0、Y增量为−100.0、Z增量为−500.0的位置处。这样，G50后，当前刀尖将处于新建坐标系中的X300.0、Y100.0、Z500.0的坐标位置处。

在FANUC系统中，也经常采用G92来建立工件坐标系。

（2）G50程序段的指令含义　G50是命令系统建立一个新工件坐标系，而当前刀尖则处于新坐标系的给定坐标位置。

（3）G50指令设定的注意事项　由G50的含义可以看出，这种坐标系设置方法是以当前刀尖位置为前提条件的，所以，在G50之前，刀尖必须要放在一个十分明确的预定位置上，一般的NC程序多半把G50程序段放在程序的开头，即所谓的程序起点位置。当然，此时的刀尖位置（注意是加上了刀补参数后的刀尖，若不加刀补，应该是刀具的基准点）一般应该正好处于机床返回参考点操作时的起刀点位置上。这是一个很重要的位置依据。

（4）G50实例　如图2-60所示的工件进行工件坐标系的设置程序如下：

O0030　；　（程序号）

N10　G50（或G92）X100.0　Z100.0　；　（依据当前刀尖位置建立工件坐标系）

N20　T0101　S500　M03　； （调用01号刀具及其刀补参数，主轴正转500r/min）

N30　G00　X45.0　Z2.0　；　（刀具开始由起刀点快速移动至工件前端面2.0mm处）……　；

（5）利用G50可以进行工件坐标系的平移　G50设置时的位置依据条件，可以在程序的执行过程中，对工件坐标系进行平移。

在NC程序的执行过程中，每一次出现G50指令，系统都会把当前刀尖位置作为依据，将当前刀尖的三个坐标值与本程序段给出的X、Y、Z三个坐标增量值进行叠加并产生一个新的G50原点位置。利用该方法，可以在程序执行的过程中随时进行工件坐标系的平移。

由于G92和G50可以在程序中随时根据当前刀尖位置来建立新的工件坐标系，所以采用这种方法，可以在程序执行过程中令刀尖在不同的工作坐标系中进行转换和移动，所以这种工件坐标系的原点又称为浮动原点。

浮动原点的设置是以当前刀尖位置为设置依据。

5．G54～G59 工件坐标系零点偏移指令

利用G54～G59指令可以在机床坐标系中分别建立6个不同的工件坐标系。

G54～G59是又一种工件坐标系的零点设置指令。但它同前面的G50、G92有所不同，G54～G59所建立的工件坐标系在程序执行过程中是不能够移动的，称为固定原点工件坐标系。

（1）G54～G59 的指令含义　工件坐标系零点偏移指令G54～G59的实质就是设置一个工件坐标系，并令其原点处在机床坐标系中的指定坐标位置。该原点的设置依据是程序的起点位置，即前面提到的起刀点。一般情况下，该依据点应该处于机床在返回参考点时的刀尖当前位置。对于数控车床而言就是车床的机床参考点位置，对于数控铣床和加工中心而言就是返回机床参考点后的主轴前定位平面的几何中心所占据的空间位置，即数控机床的机床原点位置。习惯上把该点用数码0来表示。

由以上分析可以知道，G54～G59所建立的工件坐标系是以起刀点为依据来确定一个工件坐标系的原点位置。所以又称为工件坐标系零点偏移指令。

（2）G54工件坐标系原点的设置方法　用G54～G59来设置工件坐标系的过程为：

① 选择机床夹具上工件的工序基准为工件坐标系G54的原点；

② 测量出该点至起刀点（数控铣床的机床原点）的三个坐标增量值；

③ 将这些坐标增量值输入到机床G54的偏置参数存储器中。

经过以上操作过程，即在数控系统中建立起对G54坐标系的原点坐标的记忆，以后，程序每次调用G54指令，系统都会自动进入该工件坐标系。

G54工件坐标系与机床坐标系的关系如图2-61所示。在机床返回参考点的前提下，将G54原点与机床原点间的偏置值X3、Y3和Z3分别测量出来，并输入到G54参数存储库中。利用这种方法，即可在机床坐标系中建立一个G54工件坐标系。

（3）G54～G59的指令格式　G54程序段的格式如下：

G54　X50.0　Y60.0　Z10.0　；

本程序段的含义是刀尖直接定位于G54工件坐标系中的（50，60，10）点。其中的G54为转向G54工件坐标系，而X、Y、Z则直接给出了在G54坐标系中的定位目标点。

一个G54工件坐标系一旦建立，程序中每次出现G54指令，刀尖立即自动转入G54坐标系中，并定位于G54以后程序所给出的坐标点处。例如：

…… ；

N80　G54　X260.0　Z100.0　；

…… ；

刀具在执行到第80句时，刀尖立即自动定位于预先已经设置好的G54工件坐标系的（260.0，100.0）点处。所以，运用G54来进行坐标位置的转换是十分方便的。

如图2-62所示，为了刀具运行安全起见，经常把工件坐标系的Z方向零点设置在完工零件的上表面处，即刀具在正Z范围内移动时，基本上是安全的；而负Z范围应该属于工件的加工范围。

（4）G54～G59指令的应用特点　运用G54～G59指令，可以在一个程序中最多设置6个固定原点的工件坐标系。在大型箱类零件和模板类零件的数控加工和编程中使用它可以根据零件图样的不同设计基准的变换而在各个尺寸系统中分别设立不同的独立工件坐标系G54、G55、G56等，程序在G54与G55、G56等不同坐标系之间的位置转换非常方便，只要在程序中给出指令G55，程序会立即转入G55工件坐标系中。

图2-61　G54原点与机床坐标系的关系

图2-62　G54原点设置在工件上表面

所以，利用这种方法可以十分方便地在各个工件坐标系间进行灵活的转换，它比较适合在需要同时设置多个工件坐标系的复杂零件大批量加工中采用。一般在加工中心的大型程序中多采用这种设置方法。

通过这种零点偏移方法所设定的工件坐标系G54～G59，只要不对其进行修改、删除操作，该工件坐标系的偏置增量值将永久保存在机床的零点偏置参数库中，即使机床关机，其参数也将保留。因此，一经设定，可以反复调用。

6．G90、G91绝对值编程与增量值编程

（1）G90 绝对值编程指令　G90为绝对值编程指令，它的含义是，每次程序中出现G90，表明后面的坐标字的数值均为绝对坐标值，即此时出现的X、Y、Z数值就是本程序段的目标点在当前坐标系中的坐标值。该指定始终有效，直到有相关的清消指令出现将其冲消为止。

（2）G90程序段格式　G90程序段的格式如下：

G90　G00　X50.0　Y60.0　；

它命令刀具快速移动到当前坐标系的（50，60）点。

如图2-63所示的刀具由点A快速移动到点B的绝对值编程格式如下：

……　：

N50　G90　G00　X30.0　Z50.0　；

……　；

程序中的X、Z值直接反映B点的绝对坐标值。

（3）G91 增量值编程指令　G91为增量值编程指令，它的含义是，每次程序中出现G91，表面以后出现的坐标字的数值均为增量值，即X、Y、Z数值为在当前刀具的原有各坐标值的基础上，再增加一个给定的增量。即本程序段中的X、Y、Z值是上一程序段结束位置的增量值。

（4）G91程序段格式　G91程序段格式如下：

G91　G01　X50.0　Y20.0　Z30.0　；

表示刀具进行直线插补，运动起点是当前点，运动终点是在起点的基础上，X方向坐标值增加50mm，Y方向坐标值增加20mm，Z方向坐标值增加30mm。

如图2-63所示图样中，刀尖的快速移动如果用增量值来编程，为下述格式：

…… ；

N60　G91　G00　X−30.0　Z−40.0　；

……　；

图2-63　直线移动

（5）G90与G91具有相互冲消作用。一般的数控系统都把G90作为系统的默认状态，即如果不加指定，系统将认为当前状态为G90绝对值编程状态。如果程序中出现了G91，则G91会对原来的G90状态进行清除，转为增量值编程设置状态。例如：

…… ；

N40　G00　X60.0　Z45.0　； （快速定位于（60.0，45.0）点，这里是绝对坐标值）

N50　G91　G01　X10.0　Z8.0　；（向（70.0，53.0）点进给，这里是增量坐标值）

…… ；

在部分早期车床数控系统中，常常直接用地址U、W来进行增量值指令编程，例如：

……　；

N40　G01　U15.0　W26.0　F80　；

…… ；

这里的第40句中的U15.0 和W26.0 即增量值。程序中就不需要提前出现G91指定了。

由于机床的移动都具有误差，采用增量值编程会使每一次的移动误差相互叠加，所以一般不提倡连续采用增量值来移动。

7．G04 暂停功能

（1）G04功能的含义　G04指令的含义为暂停，即把进给速度暂时停下来（所以，G04又称为进给保持功能）。此时，机床将不产生进给运动，而主运动仍然继续。

G04暂停指令可使刀具作短时间无进给加工或机床空运转，在需要对沟槽的底部进行90°清根处理时经常采用G04，另外在镗盲孔、镗平面、锪孔等加工的光整加工中经常需要刀具在孔底做短时间的无进给停留，以便形成高质量的底部表面。

（2）G04指令格式　G04指令的使用格式如下：

G04　X2.0　；

或者

G04　P2000　；

在G04程序段中，如果应用地址符X ，则后面的数字单位有两种表示法：采用小数点编程时强调数字后要带有小数点，此时的单位为秒，即X2.0 表示进给暂停2秒钟（2s）；如果没有小数点，则 X2 表示暂停2毫秒（2ms）。就是说，当不带小数点时，数字所表达的单位为毫秒。所以在应用X字时必须注意小数点的正确应用。

当采用地址P时，规定其单位为毫秒，此时的表达就没有小数点的限制，P2000.0与P2000都表达时间为2秒。

（3）G04的属性　G04字属于非模态制指令，它不具有续效性，换言之，G04只在本程序段有效，一旦开始执行下一个程序段，G04的作用马上就被清除掉了。