数控编程中的G指令详解

1.G指令概述（表1-4）

表1-4 G指令代码组与功能

（续）

2.模态、非模态及初态

G指令字执行后，其定义的功能或状态保持有效，直到被同组的其他G指令所改变，这种G指令字称为模态G指令字。模态G指令字执行以后，其定义的功能或状态被改变以前，后续的程序段执行该G指令字时，不需要再次输入该G指令字。

G指令字执行后，其定义的功能或状态一次性有效，每次执行该G指令字时，必须输入该G指令字，这种G指令字称为非模态G指令字。

3.快速定位指令G00

定义：G00指令命令机床以最快速度运动到下一个目标位置，运动过程中有加速和减速，该指令对运动轨迹没有要求。其指令格式：

（1）格式：G00X__Z__；

这个指令把刀具从当前位置移动到指令指定的位置（在绝对坐标方式下），或者移动到某个距离处（在增量坐标方式下），具体如图1-19所示。

（2）非直线切削形式的定位

采用独立的快速移动速率来决定每一个轴的位置。刀具路径不是直线，根据到达的顺序，机器轴依次停止在指令指定的位置。

图1-19 G00代码

（3）直线定位

刀具路径类似直线切削（G01）那样，以最短的时间（不超过每一个轴快速移动速率）定位于要求的位置。

（4）举例N10G00X-100.Z-65.

4.直线插补指令G01

定义：G01指令命令机床刀具以一定的进给速度从当前所在位置沿直线移动到指令给出的目标位置。

格式：G01X(U)__Z(W)__F__；

直线插补以直线方式和指令给定的移动速率，从当前位置移动到指令位置（图1-20）。

X、Z：要求移动到的位置的绝对坐标值；U、W：要求移动到的位置的增量坐标值。

【实例】 按照图1-21进行刀具移动路径A→B→C编程。

图1-20 G01代码

图1-21 直线插补实例

（1）绝对坐标程序

N10G01X50.Z75.F0.2； A→B

N20X100.； B→C

（2）增量坐标程序

N10G01U0.0W-75.F0.2； A→B

N20U50.； B→C

5.圆弧插补指令G02/G03

圆弧插补指令命令刀具在指定平面里按给定的F进给速度做圆弧插补运动，用于加工圆弧轮廓。圆弧插补命令分为逆时针圆弧插补指令G02和顺时针圆弧插补指令G03两种，并以前刀座坐标系为标准（见表1-5）。刀具进行圆弧插补时，必须规定所在的平面，然后再确定回转方向。

表1-5 以前刀座坐标系为标准

格式：G02(G03)X(U)__Z(W)__I__K__F__；G02(G03)X(U)__Z(W)__R__F__；

X、Z—指定的终点；U、W—起点与终点之间的距离；I—圆弧起点到圆心之X轴的距离；K—圆弧起点到圆心之Z轴的距离；R—圆弧半径（最大180°）。圆弧插补如图1-22所示。

图1-22 圆弧插补

【实例】 对图1-23所示的圆弧插补进行编程。

（1）绝对坐标系程序

G02X100.Z90.I50.K0.F0.2；

或G02X100.Z90.R50.F0.2；

（2）增量坐标系程序

G02U40.W-30.I50.K0.F0.2；

或G02U40.W-30.R50.F0.2；

图1-23 圆弧插补实例

6.暂停指令G04

利用暂停指令，可以推迟下个程序段的执行，推迟时间为指令的时间，其格式如下：G04X__（单位：s）；或G04U__单位：s）；G04P__单位：ms）；

指令范围从0.001～99999.999s。

用法举例：G04X1.0；（暂停1s）；G04U1.0；（暂停1s）G04P1000；（暂停1s）。

可用于切槽、台阶端面等需要刀具在加工表面做短暂停留的场合。

7.G32切螺纹

格式：G32X(U)__Z(W)__F(E)__；

F-公制螺纹导程（螺距）；E-英制螺纹导程；X(U)、Z(W)-螺纹切削的终点坐标值，起点和终点的X坐标值相同（不输入X或U）时进行直螺纹切削，X省略时为圆柱螺纹切削，Z省略时为端面螺纹切削，X、Z均不省略时为锥螺纹切削。

在编制切螺纹程序时应当带主轴脉冲编码器，因为螺纹切削开始是从检测出主轴上的位置编码器一转信号后才开始的，因此即使进行多次螺纹切削，零件圆周上的切削点仍然相同，工件上的螺纹轨迹也是相同的。从粗车到精车，用同一轨迹要进行多次螺纹切削，主轴的转速必须是一定的。当主轴转速变化时，有时螺纹会或多或少产生偏差。在螺纹切削方式下移动速率控制和主轴速率控制功能将被忽略。而且在进给保持按钮起作用时，其移动过程在完成一个切削循环后就停止了。

螺纹加工应注意的事项：

1）主轴转速：不应过高，尤其是大导程螺纹，过高的转速使进给速度太快而引起不正常，一些资料推荐的最高转速为：主轴转速（转/分）≤1200/导程-80。

2）切入、切出的空刀量，为了能在伺服电动机正常运转的情况下切削螺纹，应在Z轴方向有足够的空切削长度，一些资料推荐的数据为：切入空刀量≥2倍导程；切出空刀量≥0.5倍导程。

螺纹切削应注意在两端设置足够的升速进刀段δ₁和降速退刀段δ₂。

【实例】 试编写图1-24所示圆锥螺纹的加工程序（螺纹螺距：4mm。δ₁=3.5mm，δ₂=3.5mm，总切深1mm（单边），分两次切入）。

图1-24 圆锥螺纹

G00X28.Z3.； 第一次切入0.5mm

G32X51.W-77.F4.0； 锥螺纹第一次切削

G00X55.； 刀具退出

W77.； Z向回起点

X27.； 第二次再进刀0.5mm

G32X50.W-77.F4.0； 锥螺纹第二次切削

G00X55.； 刀具退出

W77.； Z向回起点

… …

8.G40/G41/G42刀具半径偏置功能

编程时，通常都将车刀刀尖作为一点来考虑，但实际上刀尖处存在圆角，如图1-25所示。

当用按理论刀尖点编出的程序进行端面，外径、内径等与轴线平行或垂直的表面加工时，是不会产生误差的。但在进行倒角、锥面及圆弧切削时，则会产生少切或过切现象。具有刀尖圆弧自动补偿功能的数控系统能根据刀尖圆弧半径计算出补偿量，避免少切或过切现象的产生。

（1）格式：G40X(U)__Z(W)__；G41X(U)__Z(W)__；G42X(U)__Z(W)__

当刀刃是假想刀尖时，切削进程按照程序指定的形状执行不会发生问题。不过，真实的刀刃是由圆弧构成的（刀尖半径），就像图1-25所示，在圆弧插补的情况下刀尖路径会带来误差。

（2）补偿方向

从刀具沿工件表面切削运动方向看，刀具在工件的左边还是在右边，因坐标系变化而不同，见表1-6和图1-26。

图1-25 刀尖处存在圆角

表1-6 刀具的补偿变化

图1-26 G41和G42补偿示意

补偿的原则取决于刀尖圆弧中心的动向，它总是与切削表面法向里的半径矢量不重合。因此，补偿的基准点是刀尖中心。通常，刀具长度和刀尖半径的补偿是按一个假想的刀刃为基准，因此为测量带来一些困难。

把这个原则用于刀具补偿，应当分别以X和Z的基准点来测量刀具长度刀尖半径R，以及用于假想刀尖半径补偿所需的刀尖形式号0～8。刀尖方向代码如图1-27所示。

这些内容应当在加工前输入进刀具偏置表中，进入刀具偏置页面，将刀尖圆弧半径值输入R地址中，刀尖方向代码输入在T地址中。(www.xing528.com)

G40/G41/G42只能同G00/G01结合编程，不允许同G02/G03等其他指令结合编程。因此，在编入G40/G41/G42的G00与G01前后两个程序段中X、Z至少有一值变化。在调用新刀具前必须用G40取消补偿。在使用G40前，刀具必须已经离开工件加工表面。

【实例】 对刀具进行补偿。

G00G41X5.Z5.； 加入刀具左偏

G02X25.Z25.R25.；

G00G40X10.Z10.； 撤销刀偏

9.G54～G59工件坐标系选择

通过使用G54～G59命令，最多可设置6个工件坐标系（1～6）。在接通电源和完成了原点返回后，系统自动选择工件坐标系1（G54）。在有“模态”命令对这些坐标做出改变之前，它们将保持其有效性（见图1-28）。

格式：G54(G55～G59)X__Z__

图1-27 刀尖方向代码

图1-28 工件坐标系选择

10.G96/G97/G50恒线速度控制和高转速限制

数控车床主轴分成低速和高速区；在每一个区内的速率可以自由改变。若零件要求锥面或端面的粗糙度一至，则必须用恒线速来进行切削。

1）G96恒线速度控制：只通过改变转速来控制相应的工件直径变化时维持稳定和恒定的切削速率，和G50指令配合使用。

格式：G96S～；

S后面的数字表示的是恒定的线速度：m/min。

【实例】 G96 S150表示切削点线速度控制在150m/min

对图1-29中所示的零件，为保持A、B、C各点的线速度在150m/min，则各点在加工时的主轴转速分别为：

A：n=1000×150÷(π×40)=1193r/min

B：n=1000×150÷(π×60)=795r/min

C：n=1000×150÷(π×70)=682r/min

2）G97取消恒线速度控制：仅仅控制转速的稳定。

图1-29 G96恒线速度控制

格式G97 S～

S后面的数字表示恒线速度控制取消后的主轴转速，如S未指定，将保留G96的最终值。

【实例】 G97 S3000表示恒线速控制取消后主轴转速3000r/min。

3）最高转速限制：当主轴转速高于G50后指定速度，则被限制在最高速度，不再升高。

格式G50S～

S后面的数字表示的是最高转速：r/min。

【实例】

G50 S2000；（限制最高转速为2000r/min）

G96 S150；（恒线速开始，指定切削速度为150m/min）

G01 X10；

G97 S200；（取消恒线速，指定转速为200r/min）

注意：

1）G96指定的线速度在G97时也记忆，再执行G96时，若不指定线速度，则执行前次的线速度；

2）G97指定的线速度在G96时也记忆。

11.G98/G99切削进给速度

每分钟进给率/每转进给率设置（G98/G99）。

切削进给速度可用G98代码来指令每分钟的移动速率（mm/min），或者用G99代码来指令每转移动速率（mm/r）。G99的每转进给率主要用于数控车床加工。图1-30所示为G98/G99代码含义。

切削速度计算（表1-7）。

图1-30 G98/G99代码含义

表1-7 切削速度计算

12.加工循环指令

（1）G71外圆粗车固定循环

G71指令的粗车是以多次Z轴方向走刀以切除工件余量，为精车提供一个良好的条件，适用于毛坯是圆钢的工件。

格式：G71 U(Δd)R(e)；G71 P(ns)Q(nf)U(Δu)W(Δw)F(f)S(s)T(t)

从顺序号ns到nf的程序段，指定A及B间的移动指令。

Δd：吃刀量（半径指定），无符号。切削方向依照AA'的方向决定，在另一个值指定前不会改变。参数（No.5132）指定。

e：退刀量。本指定是状态指定，在另一个值指定前不会改变。

ns：精加工形状程序的第一个段号。

nf：精加工形状程序的最后一个段号。

Δu：X方向精加工预留量的距离及方向。（直径/半径）

Δw：Z方向精加工预留量的距离及方向。

图1-31和图1-32所示为外圆粗车固定循环示意，需要注意的是：

1）Δu、Δw精加工余量的正负判断：

2）ns～nf程序段中F、S或T功能在（G71）循环时无效，而在（G70）循环时ns～nf程序段中的F、S或T功能有效。恒线速功能同样无效。不能调用子程序。

3）起刀点A和退刀点B必须平行；

4）零件轮廓A～B必须符合X轴、Z轴方向同时单向增大或单向减少；

5）ns程序段中可含有G00、G01指令，不许含有Z轴运动指令。

图1-31 外圆粗车固定循环示意一

图1-32 外圆粗车固定循环示意二

【实例】 按图1-33所示尺寸编写外圆粗切循环加工程序。

N10 T0101 M03 S450

N20 G00 G42 X121.Z10.M08 起刀位置

N30 G71 U2.R0.5 外圆粗车固定循环

N40 G71 P50 Q110 U2.W2.F0.2

N50 G00 X40. //ns第一段，此段不允许有Z方向的定位。

N60 G01Z-30.

N70 X60.Z-60.

N80 Z-80.

N90 X100.Z-90.

N100 Z-110.

N110 X120.Z-130. //nf最后一段

N120 G00 G40 X200.Z140.M09

N130 M05 主轴停

N140 M30

图1-33 外圆粗切循环加工

（2）G70精加工循环

用G71、G72或G73粗车削后，G70精车削。

格式：G70P(ns)Q(nf)

ns：精加工形状程序的第一个段号；nf：精加工形状程序的最后一个段号。其中ns～nf程序段中的F、S或T功能有效。

（3）其他循环指令

其他循环指令包括G72端面车削固定循环、G73成型加工复式循环、G74端面啄式钻孔和Z向切槽循环、G75外经/内径啄式钻孔与X向切槽循环、G76螺纹切削循环、G90内外直径的切削循环、G92切削螺纹循环、G94台阶切削循环等不在此一一介绍，可以参考FANUC相关编程手册。