数控机床CNC编程入门【G-code】

如果你的工作或爱好与数控机床（CNC）或 3D 打印机相关，那么了解 G -code是什么以及其工作原理对于你就很重要。在此教程中，我们将学习 G -code语言的基础知识以及常见的 G-code命令，并且解释这些G-code命令的工作原理。

可以使用这个免费的在线仿真器测试你的G-Code命令。

1、什么是 G-code？

G-code是 CNC（计算机数控）机床的编程语言。G-code指的是Geometric Code，即几何代码。我们使用这种语言告诉机器做什么或怎么做某事。G-code命令指示机器移动位置、移动速度以及要遵循的路径。

对于数控机床而言，切割刀具由这些G-code命令驱动，按特定的路径切割材料以获得所需的形状。

类似的，对于 3D 打印机，G-code命令指示机器将材料层层沉积，形成精确的几何形状。

2、如何阅读 G-code命令？

当你初次看到一个G-code文件时，可能看起来相当复杂，但它实际上并不难理解。

在这里插入图片描述

如果仔细查看代码，可以看到大多数代码行有相同的结构。看起来 G-code的"复杂"部分主要是数字部分，而这些数字就是笛卡尔坐标。

让我们来看看其中的一行代码，并解释它是如何工作的。

G01 X247.951560 Y11.817060 Z-1.000000 F400.000000

该行具有以下结构：

G#x##Y#Z## F##

首先是G-code命令，在上例中就是G01，意思是"直线移动到特定位置"。
我们声明要移动到的位置的X、Y和 Z坐标。
最后，利用F值我们设置进给率，也就是执行移动的速度。

总结一下，代码G01 X247.951560 Y11.817060 Z-1.000000 F400.000000要求数控机床从当前位置直线移动到坐标 X247.951560、Y11.817060 和 Z-10000000，速度为 400 mm/min。

注意单位为 mm/min，因为在前面的 G-code示例中，我们使用了将单位设置为毫米的命令 G21。如果想要以英寸为单位，可以使用G20命令代替。

3、常见的G-code命令

现在我们了解了如何阅读一行 G-code 代码，接下来可以学习最重要或常用的 G-code命令。我们将通过几个示例了解每个G-code命令的工作原理，到本教程结束时，我们将能够充分了解 G-code的工作原理、阅读方式、修改方式，并能够编写自己的 G-code程序。

3.1 G00–快速定位

G00命令以最大速度将机器从当前位置移动到指定的坐标。机器将同时移动所有轴，以便同时完成行程。结果是直线移动到新的位置点。

在这里插入图片描述

G00 是一种非切割运动，其目的是将机器快速移动到所需的位置，开始某种工作，如切割或打印。

3.2 G01–线性插值

G01 命令指示机器以设定速度直线移动。我们用X、Y和Z值指定最终位置，用F值指定速度。CNC控制器计算（插值）要经过的中间点的坐标，以获得直线。虽然这些 G-code命令简单、直观并容易理解，但背后是CNC控制器每秒执行数千次计算，以便进行这些移动。

在这里插入图片描述

与仅用于定位的 G00 命令不同，G01 命令在机器执行主要任务时使用。例如机床直线切割材料，或3D打印机
直线挤出材料。

3.3 G02–顺时针环形插值

G02命令要求机器以圆形模式顺时针移动。它与 G01 命令的概念相同，在执行适当的加工过程时使用。除了终点参数，在这里我们还需要定义旋转中心，或弧线起点与弧线中心点的距离。起点实际上是上一个命令的终点或当前点。

为了更好地了解，我们将在上一个示例中的 G01 命令之后添加 G02 命令。

在这里插入图片描述

因此，在示例中，首先我们用G01 命令将机器移动到 X5、Y12 点。现在，这将是G02命令的起点。通过 G02 命令的 X 和 Y 参数，我们设定了终点。现在，为了通过圆形运动或弧线到达终点，我们需要定义其中心点。我们使用 I 和 J 参数来做到这一点。I 和 J 的值相对于始发点或上一个命令的终点。因此，要获得 X5 和 Y7 的中心点，我们需要沿 X 轴进行0的偏移，沿 Y 轴进行-5的偏移。

当然，我们可以在其他地方设置中心点，这时将得到一个不同的弧线，并在同一终点结束。下面是一个例子：

在这里插入图片描述

因此，在这里，我们仍然有上一个例子相同的终点即（X10，Y7），但中心点现在处于不同的位置（X0，Y2）。
因此我们得到了一个更宽的弧线。

3.4 G00、G01、G02 示例 – 手动 G 代码编程

让我们来看看一个简单的数控铣削示例，使用这三个主要的 G-code命令，G00，G01 和 G02。

在这里插入图片描述

要获取上图所示形状的路径，我们需要遵循 G 代码命令：

G00 X5 Y5                ; point B
G01 X0 Y20 F200          ; point C
G01 X20 Y0               ; point D
G02 X10 Y-10 I0 J-10     ; point E
G02 X-4 Y-8 I-10 J0      ; point F
G01 X-26 Y-2             ; point B

第一个G00命令迅速将机器从其初始位置带到 B 点（5，5）。从这里开始，我们使用G01命令以 200 的馈送速率"切割"。我们可以在这里注意到，要从 B 点（5，5）到 C 点（5，25），我们使用 X 和 Y 相对于起点 B 点的值。因此，Y方向的+20个单位将让我们指向C点（5，25）。实际上，这取决于我们将坐标解释为绝对还是相对。我们将在稍后部分解释这一点。

一旦我们到达点 C （5，25），就用另一个 G01 命令到达点 D （25，25）。然后，我们使用 G02 命令（圆形运动）到达 E 点（35，15），中间点为（25，15）。实际上，对于下一个 G02 命令，我们有相同的中心点（25，15），以达到点 F （31，7）。但是应该注意，I 和 J 参数与以前的命令不同，因为我们从最后一个终点或点 E 中抵消了中心。我们用另一个 G01 命令完成整个路径，该命令将我们从 F 点（31，7）返回到 B 点（5，5）。

上面就是我们为制作这个形状编写的G-code程序。不过需要注意，这不是一个完整的G-code程序，因为其中还缺少几个更基本的命令。我们将在后面的示例中编写完整的 G-code程序。

3.5 G03–逆时针环形插值

与 G02 一样，G03 命令指示机器以圆形模式移动，区别在于G03是逆时针运动。所有其他功能和规则与 G02 命令相同。

在这里插入图片描述

利用这三个主要的 G-code命令，G01 、G02和G03，理论上我们可以生成任意形状的路径。你现在可能想知道这怎么可能，但这实际上对于计算机和CAM软件实在是一个简单任务。是的，我们确实有时可以手动制作 G-code程序，但大多数时候，我们使用更简单、更安全的软件来生成G-code程序。

不管怎么样，接下来继续解释常用的命令，并在教程结束前实现一个真正的G-code例子。

3.6 G20/G21 – 单位选择

G20 和 G21 命令定义 G-code单位，英寸或毫米。

G20 = 英寸
G21 = 毫米

我们需要注意，必须在程序的开头设置单位。如果没有指定单位，CNC将考虑前一个程序设置的默认值。

3.7 G17/G18/G18 – 工作面选择

通过这些 G-code命令，我们选择机器的工作平面：

G17–XY平面
G18–XZ平面
G19–YZ平面

在这里插入图片描述

对于大多数数控机器来说默认是G17，但其他两个也可以用于实现特定运动。

3.8 G28–返回home

G28命令要求机器将移动到其参考点或home位置。为了避免碰撞，我们可以包括一个带有 X、Y 和 Z 参数的中间点。该工具将在转到参考点之前通过该点。 G28 X##Y##Z##

在这里插入图片描述

home位置可以用命令G28.1 X# Y # Z # 定义。

3.9 G90/G91 – 定位模式

使用 G90 和 G91 命令，我们告诉机器如何解析坐标值。G90为绝对模式，G91为相对模式。

在绝对模式下，工具的定位始终相对于绝对点或零点。因此，命令G01 X10 Y5将移动到精确点（10，5），无论以前的位置如何。

在相对模式下，工具的定位相对于最后一点。因此，如果机器当前处于点（10，10），命令G01 X10 Y5 将工具指向点（20，15）。此模式也称为"增量模式"。

3.10 更多命令和规则

我们上面解释的 G-code命令是最常见的命令，但还有更多命令，如切割机补偿、缩放、工作坐标系统等。

除了 G-code之外，还需要M-code命令来生成真正完整的G-code程序。以下是一些常见的 M-code命令：

M00–程序停止
M02–程序结束
M03–主轴打开–顺时针
M04–主轴打开–逆时针
M05–主轴停止
M06–工具更改
M08–启用Flood Colant
M09–禁用Flood Colant
M30 – 程序结束

3D 打印机的额外命令：

M104–启动挤出加热
M109–等到挤出器到达T0
M140–开始底板加热
M190–等到底板到达T0
M106–设置风扇速度

其中一些命令需要适当的参数。例如，当用M03命令打开主轴时，我们可以使用 S 参数设置主轴速度。因此，M30 S1000将以 1000 RPM 的速度打开主轴。

我们还可以注意到，许多代码是模态的，这意味着它们一直有效，直到取消或被另一个代码取代。例如，假设我们有一个线性切割运动G01 X5 Y7 F200代码。如果下一个动作还是是线性切割，我们可以直接键入 X 和 Y 坐标，而无需在前面写 G01。

G01 X5 Y7 F200
X10 Y15
X12 Y20
G02 X5 Y5 I0 J-5
X3 Y6 I-2 J0

这同样适用于馈送速率参数 F。除非想改变它的值，否则不必将其包含在每行中。

在某些 G-code文件中，你还可以在命令前面看到"N##"，这是对代码行或块的编号，有助于在大型程序中出现错误时识别特定的代码行。

4、G-code程序示例

在学习了上面的内容之后，现在我们能够手动制作一个真实的G-code程序了。下面是一个示例：

在这里插入图片描述

%
G21 G17 G90 F100
M03 S1000
G00 X5 Y5                 ; point B
G01 X5 Y5 Z-1             ; point B
G01 X5 Y15 Z-1            ; point C
G02 X9 Y19 Z-1 I4 J0      ; point D
G01 X23 Y19 Z-1           ; point E
G01 X32 Y5 Z-1            ; point F
G01 X21 Y5 Z-1            ; point G
G01 X21 Y8 Z-1            ; point H
G03 X19 Y10 Z-1 I-2 J0    ; point I
G01 X13 Y10 Z-1           ; point J
G03 X11 Y8 Z-1 I0 J-2     ; point K
G01 X11 Y5 Z-1            ; point L
G01 X5 Y5 Z-1             ; point B
G01 X5 Y5 Z0
G28  X0 Y0
M05
M30
%

G-code程序的说明：