1.基本准备功能指令及用法

G代码是与插补有关的准备功能指令，在数控编程中极其重要。目前，不同数控系统的G代码并非完全一致，因此编程人员必须熟悉所用机床及数控系统的规定。下面介绍法兰克数控系统中的G代码指令及其编程方法。

1）G54、G55、G56、G57、G58、G59：工件坐标系设定指令

一般数控机床可以预先设定6个（G54～G59）工件坐标系。G54～G59是通过设定工件坐标系原点在机床坐标系里的偏置量，从而建立的工件坐标系。在机床操作时，通过对刀操作测定出工件坐标系原点相对于机床坐标系原点分别在x、y、z轴方向上的坐标值，并把该坐标值通过参数设定的方式输入机床参数数据库中，如图2-16所示。

图2-16　工件坐标系的选择

数控加工程序一旦指定了G54～G59中的一个，则该工件坐标系原点即为当前程序原点，后续程序段中的工件绝对坐标均为相对此程序原点的值，例如，某段程序如下：

N01 G54 G00 G90 X30 Y20；

N02 G55；

N03 G00 X40 Y30；

执行N01句时，数控装置会选定G54坐标系作为当前工件坐标系，然后再执行G00移动到该坐标系中的点A（见图2-17）；执行N02句时，系统又会选择G55坐标系作为当前工件坐标系；执行N03句时，机床就会移动到刚指定的G55坐标系中的点B，如图2-17所示。

图2-17　工件坐标系的使用

对于编程员而言，一般只要知道工件上的程序原点就足够了，因为编程与机床原点、机床参考点及装夹原点无关，也与所选用的数控机床型号无关（但与数控机床的类型有关）。但对于机床操作者来说，必须十分清楚所选用的数控机床的上述各原点及其之间的偏移关系。对于不同的数控系统，程序原点设置和偏移的方法不完全相同，必须参考机床用户手册和编程手册。

2）G90、G91：绝对坐标编程与增量坐标编程指令

G90为绝对值编程指令，G91为增量值编程指令。在G90方式下，程序段中的轨迹坐标都是相对于某一固定编程原点所给定的绝对值。在G91方式下，程序段中的轨迹坐标都是相对于前一位置坐标的增量值。如图2-18所示。

图2-18　G90与G91应用

用绝对值编程的程序为

N01　G90；

N02　G01　X10　Y20；

N03　X30　Y30；

N04　X40　Y60；

N05　X80　Y30；

N06　M02；

用增量值编程的程序为

N01　G91；

N02　G01　X10　Y20；

N03　X20　Y20；

N04　X10　Y20；

N05　X40　Y-30；

如果在程序段开始不注明是G90还是G91方式，则数控装置按G90方式运行。

3）G00：快速点定位

命令刀具以点定位控制方式快速移动到指定位置，用于刀具的快进、快退运动。进给速度F对G00程序段无效，G00只是快速到位，运动轨迹视系统设计而定。

指令格式：G90/G91 G00 X___Y___Z___。

式中：X、Y、Z分别为G00目标点的坐标。

注意：G00指令仅精确控制起点、终点的坐标位置，不能严格控制运行轨迹，因此G00指令不能用于切削加工。

4）G01：直线插补

命令机床数个坐标间以联动方式直线插补到规定位置，这时刀具按指定的F进给速度沿起点到终点的连线做直线切削运动。

指令格式：G90/G91 G01 X___Y___Z___F___。

式中：F用于指定进给速度（数控铣床、加工中心默认单位为mm/min）；X、Y、Z分别表示G01的终点坐标。

5）G17、G18、G19：插补平面选择

G17表示XY平面插补，G18表示XZ平面插补，G19表示YZ平面插补。当机床只有一个坐标平面时（如车床），平面选择指令可省略。例如，在XY平面加工时，一般G17可省略不写。

6）G02、G03：圆弧插补指令

圆弧插补指令使机床在各坐标平面内执行圆弧运动，加工出圆弧轮廓。G02表示顺时针方向圆弧插补，G03表示逆时针方向圆弧插补。

圆弧插补的顺、逆时针方向可按图2-19给出的方向进行判别。

图2-19　圆弧的顺逆区分

沿垂直于圆弧所在平面（如XY平面）的坐标轴正方向往负方向（-Z）看，刀具相对于工件的转动方向是顺时针方向为G02，逆时针方向为G03。

圆弧插补程序段的格式主要有两种：一种用圆弧终点坐标和圆弧半径R表示；另一种用圆弧终点坐标和圆心坐标表示。其指令格式为

XY平面：G02　（G03）　G17 X___Y___I___J___（R___）F___；

ZX平面：G02　（G03）　G18 X___Z___I___K___（R___）F；

YZ平面：G02　（G03）　G19 Y___Z___J___K___（R___）F___；

其中：X___，Y___，Z___为圆弧终点坐标值，在绝对值编程（G90）方式下，圆弧终点坐标是绝对坐标，在增量值编程（G91）方式下，圆弧终点坐标是相对于圆弧起点的增量值；I___，J___，K___表示圆弧圆心相对于圆弧起点在X、Y、Z轴方向上的增量坐标，与G90和G91方式无关；I___，J___，K___也可用R___指定，R___为圆弧半径，当两者同时被指定时，R指令优先，I、J、K指令无效，在圆弧切削时应注意，当圆弧的圆心角α≤180°时，R值为正；当圆弧的圆心角α＞180°时，R值为负，R不能做整圆切削，整圆切削只能用I、J、K指令编程，因为经过同一点，半径相同的圆有无数个；F为刀具沿圆弧切向的进给速度。

由图2-20所示可知A、B两点的坐标分别为A（-40，-30）、B（40，-30）。

圆弧段1程序为

　　　G90　G02　X40　Y-30　R50　F100；

或　　G91　G02　X80　Y0　R50　F100；

圆弧段2程序为

　　　G90　G02　X40　Y-30　R-50　F100；

或　　G91　G02　X80　Y0　R-50　F100；

图2-21所示为一封闭圆，现设起刀点在坐标原点O。

图2-20　圆弧用R编程

图2-21　整圆编程

从点O快速移动至点A沿逆时针方向加工整圆，用绝对值编程的程序为

N10　G54　X0　Y0　Z0；

N20　G90　G00　X30　Y0；

N30　G03　I-30　J0　F100；

N40　G00　X0　Y0；

用增量值编程的程序为

N20　G91　G00　X30　Y0；

N30　G03　I-30　J0　F100；

N40　G00　X-30　Y0；

下面以图2-22所示为例，说明G01、G02、G03的编程方法。

设刀具由坐标原点O快进至点a，从点a开始沿a—b—c—d—e—f—a切削，最终回到原点O。

用绝对值编程的程序为

N01 G54 X0 Y0；

N02 G90 G00 X30 Y30；

图2-22　G01、G02、G03编程

N03 G01 X120 F120；

N04 Y55；

N05 G02 X95 Y80 I0 J25 F100；

N06 G03 X70 Y105 I-25 J0；(www.daowen.com)

N07 G01 X30 Y105 F120；

N08 Y30；

N09 G00 X0 Y0；

N10 M02；

用增量值编程的程序为

N01 G91 G00 X30 Y30；

N02 G01 X90 F120；

N03 Y25；

N04 G02 X-25 Y25 I0 J25 F100；

N05 G03 X-25 Y25 I-25 J0；

N06 G01 X-40 F120；

N07 Y-75；

N08 G00 X-30 Y-30；

N09 M02；

注意：为讨论方便，上述圆弧加工程序中都没有考虑刀具半径对编程轨迹的影响，编程时假定刀具中心与工件轮廓轨迹重合；实际加工时，应考虑刀具中心与工件轮廓轨迹之间永远相差一个刀具半径值R，这要用到刀具半径补偿功能；刀具补偿将在后面加以介绍。

2.刀具补偿指令

1）刀具半径补偿指令G40、G41/G42

G41为刀具半径左补偿指令，表示沿着刀具前进的方向看，刀具偏在工件轮廓的左边，相当于顺铣；G42为刀具半径右补偿指令，表示沿着刀具前进的方向看，刀具偏在工件轮廓的右边，相当于逆铣，如图2-23所示。对刀具寿命、加工精度、表面粗糙度而言，顺铣效果较好，因此G41使用较多。G40表示取消刀具半径补偿指令。G41、G42指令需要与G00～G03指令共同构成程序段。G40、G41、G42为模态指令。

图2-23　G41/G42指令

程序段格式（假设在XY平面）为

G00（G01）G41（G42）X___Y___D___F___；

G02（G03）G41（G42）X___Y___L___T___D___F___；或G02（G03）G41（G42）X___Y___R___D___F___；

G00（G01）G40 X___Y___F___；

其中：X___，Y___为刀具半径补偿起始点的坐标；D___为刀具半径补偿寄存器代号，一般补偿号为两位数（D00～D99），补偿值预先寄存到刀补寄存器中；F___为进给速度（用G00编程时F省略）。

注意：G40必须和G41或G42成对使用。

（1）刀具补偿的功能。

在平面轮廓铣削加工时，由于圆柱铣刀半径R的存在，刀具中心轨迹和工件轮廓轨迹不重合，始终相差一个刀具半径值R。数控机床只要具备了刀具半径补偿功能，就可利用这一功能，编程时将刀具半径值预先储存在数控系统中，不论刀具半径值的大小，只需按照工件轮廓轨迹进行编程。执行程序时，系统将根据储存的刀具半径值自动计算出刀具中心的轨迹，然后按照刀具中心轨迹运行程序，从而加工出要求的工件形状。在刀具磨损、刃磨后刀具半径减小，或重新换刀后的刀具半径与编程时设定的刀具半径不同时，可以仅改变刀具半径补偿值，无须重新编写程序。

另外，对工件的粗、精加工，可以用同一个程序，而不必另外编写。如图2-24所示，当按零件轮廓编程以后，在粗加工零件时可以把偏置量设为D，D=R+Δ，其中R为铣刀半径，Δ为精加工前的加工余量，那么，零件被加工完成以后将得到一个比零件轮廓ABCDEF各边都大Δ的零件A＇B＇C＇D＇E＇F＇。在精加工零件时，设偏置量D=R，这样，零件被加工完后，将得到零件的实际轮廓ABCDEF。

（2）刀具补偿的动作过程。

刀具补偿的动作过程分为三步，即刀补建立、刀补执行和取消刀补，如图2-25所示。

用增量值编程的程序为

O0001；

N10 G54 G91 G17 G00 M03；　G17指定刀补平面（XY平面）

N20 G41 X20.0 Y10.0 D01；　建立刀补（刀补号为01）

N30 G01 Y40.0 F200；　刀补执行开始

N40 X30.0；

N50 Y-30.0；

N60 X-40.0；　刀补执行结束

N70 G00 G40 X-10.0 Y-20.0 M05；　取消刀补

N80 M02；

图2-24　刀补功能的利用

图2-25　刀补的动作过程

用绝对值编程的程序为

O0002；

N10 G54 G90 G17 G00 M03；　G17指定刀补平面（XY平面）

N20 G41 X20.0 Y10.0 D01；　建立刀补（刀补号为01）

N30 G01 Y50.0 F200；　刀补执行开始

N40 X50.0；

N50 Y20.0；

N60 X10.0；　刀补执行结束

N70 G00 G40 X0 Y0 M05；　取消刀补

N80 M02；

注意：在启动阶段开始后的刀补状态中，如果存在两段以上的没有移动指令或存在非指定平面轴的移动指令段，则可能产生进刀不足或进刀超差，其原因是进入刀补状态后，只能读出连续的两段，这两段都没有进给，也就不能产生矢量，确定不了前进的方向。

2）刀具长度补偿（偏置）指令G40、G43/G44

G43为刀具正补偿（偏置）指令，用于刀具的实际位置正向偏离编程位置时的补偿（或称刀具伸长补偿），它的作用是将刀具编程终点坐标值减去一个刀具偏差量，也就是使编程终点坐标向负方向移动一个偏差量。

G44为刀具负补偿（偏置）指令，用于刀具的实际位置负向偏离编程位置时的补偿（或称刀具缩短补偿），它的作用是将刀具编程终点坐标值加上一个刀具长度偏差量，也就是使编程终点坐标向正方向移动一个偏差量。

G40是撤销刀具长度补偿（偏置）的指令，指令刀具移回原来的实际位置，即进行与前面长度补偿指令相反的运算。不管刀具实际长度比编程时的刀具长度短（即刀具长度短于编程时的长度）还是长，都取正值。

程序段格式为G43（G44）　Z___（X___/Y___）H___（D___）；

其中：Z___（X___/Y___）为补偿轴的编程坐标，刀具长度补偿指令一般用于刀具轴向（Z向）的补偿；H___（D___）为刀具长度补偿代号，其中H00或D00也为取消长度补偿偏置。

刀具长度补偿（偏置）指令的主要作用：在编程时不必考虑刀具的实际长度及各把刀具不同的长度，当刀具在长度方向的尺寸发生变化（刀具磨损或重新换刀）时，可以在不改变程序的情况下，通过改变偏置量，加工出所要求的零件尺寸。图2-26所示的加工情况中，如果刀具正偏置，即刀具短于编程时的长度时，要用G43指令进行伸长补偿，e=3，存储地址为D01，即D01=3，按相对坐标编程的加工程序为

N01 G91 G00 X70 Y35 S100 M03；

N02 G43 D01 Z-22；

N03 G01 Z-18 F500；

N04 G04 X20；

N05 G00 Z18；

N06 X30 Y-20；

N07 G01 Z-33 F500；

N08 G00 D00 Z55；

N09 X-11 Y-15；

N10 M02；

图2-26　刀具长度补偿

如果实际使用的刀具长度长于编程时的刀具长度，仍取3，这时程序段N02应当为“N02 G44 D01 Z-22；”。程序指令刀具向编程终点坐标正方向移动一个e值（为3）的位置，即使刀具的位移减少3个单位，以达到补偿刀具长度长于编程时长度的目的。另外，使用该程序加工首批、首件零件时，如果发现加工零件的尺寸有误差（如深15的孔深有误差），而且是因为刀具的安装偏离编程位置引起的，则可以将偏置值置于寄存器D中，无须调整刀具的安装位置便可以消除工件的这一尺寸误差。

3.暂停指令G04

G04指令可使刀具短时间（如几秒钟）暂停（延迟），进行无进给的光整加工，用于车槽、铣平面、钻孔、锪孔等场合，以获得圆整而光滑的表面。

程序段格式为

G04 X___；

或G04 P___；

其中：X或P为地址符，后面紧跟的数字一般表示停留时间，视具体机床数控系统而定。有时，规定X后面的数字为带小数点的数，单位为s；P后面的数字为整数，单位为ms。G04为非模态指令，仅在本程序段有效。G04的程序段里不能有其他指令。

例如：暂停1.8s的程序为

G04 X1.8；

或G04 P1800；