G-code编程语言教程：了解数控机床和3D打印机的G-code命令及其工作原理

如果您的工作或爱好涉及数控机床 (CNC) 或 3D 打印机，那么了解 G 代码是什么及其工作原理对您来说非常重要。在本教程中，我们将学习 G 代码语言和常见 G 代码命令的基础知识，并解释这些 G 代码命令的工作原理。

您可以使用这个免费的在线模拟器来测试您的 G 代码命令。

1. 什么是G代码？

G代码是CNC（计算机数控）机床的编程语言。 G-code是指Geometric Code，即几何代码。我们使用这种语言告诉机器要做什么或如何做某事。 G 代码命令指示机器向何处移动、移动的速度以及遵循的路径。

对于 CNC 机床，切削刀具由这些 G 代码命令驱动，以特定路径切削材料以获得所需的形状。

同样，对于 3D 打印机，G 代码命令指示机器逐层沉积材料以形成精确的几何形状。

2. 如何读取G代码指令？

当你第一次看到G代码文件时，它可能看起来相当复杂，但实际上并不难理解。

如果仔细观察代码，您会发现大多数代码行具有相同的结构。看来G代码“复杂”的部分主要是数字部分，而这些数字就是笛卡尔坐标。

让我们看一下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##

总而言之，代码 G01

请注意，单位为毫米/分钟，因为在前面的 G 代码示例中，我们使用命令 G21 将单位设置为毫米。如果您想以英寸为单位进行测量，则可以使用 G20 命令。

3. 常用G代码指令

现在我们了解了如何读取一行G代码，我们就可以学习最重要或最常用的G代码命令了。我们将通过几个示例了解每个 G 代码命令的工作原理，在本教程结束时，我们将能够充分理解 G 代码的工作原理、如何读取它、如何修改它，并能够编写我们的 G 代码。自己的G代码程序。

3.1 G00 – 快速定位

G00指令使机床以最大速度从当前位置移动到指定坐标。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。

G00 是非切削运动，其目的是将机器快速移动到所需位置以开始某种工作，例如切削或打印。

3.2 G01 – 线性插补

G01指令指示机床以设定速度进行直线运动。我们使用 X、Y 和 Z 值指定最终位置，并使用 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 代码命令简单、直观且易于理解，但在幕后 CNC 控制器每秒执行数千次计算来完成这些运动。

与仅用于定位的 G00 指令不同，G01 指令在机床执行其主要任务时使用。例如，直线切割材料的机床，或者 3D 打印机

沿直线挤出材料。

3.3 G02——顺时针圆弧插补

G02指令要求机床顺时针做圆周运动。它与 G01 指令具有相同的概念，在执行适当的加工过程时使用。除了终点参数之外，这里我们还需要定义旋转中心，或者说圆弧起点到圆弧中心点的距离。起点实际上是上一个命令的终点或当前点。

为了更好地理解，我们将在上例中的 G01 指令之后添加 G02 指令。

因此，在本例中，我们首先使用G01指令将机床移动到X5、Y12点。现在，这将是 G02 指令的起点。通过G02指令的X、Y参数，我们设定终点。现在，为了通过圆周运动或圆弧到达终点，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的值是相对于上一条命令的起点或终点。因此，要获得 X5 和 Y7 的中心点，我们需要沿 X 轴偏移 0，沿 Y 轴偏移 -5。

当然，我们可以将中心点设置在其他地方，我们会得到一条以同一端点结束的不同弧线。这是一个例子：

因此，在这里，我们仍然具有与前面的示例相同的端点，即（X10，Y7），但中心点现在位于不同的位置（X0，Y2）。

这样我们就得到了更宽的弧线。

3.4 G00、G01、G02 示例——手动 G 代码编程

让我们看一个使用三个主要 G 代码命令 G00、G01 和 G02 的简单 CNC 铣削示例。

为了获得上面所示形状的路径，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 指令快速将机床从初始位置移动到 B 点 (5, 5)。从这里开始，我们使用 G01 命令以 200 的进给率“切削”。这里我们可以注意到，要从 B 点 (5,5) 到 C 点 (5,25)，我们使用相对于起点 B 的 X 和 Y 值。因此，Y 方向 +20 个单位将将我们指向 C 点 (5, 25)。实际上，这取决于我们将坐标解释为绝对坐标还是相对坐标。我们将在后面的部分中解释这一点。

一旦到达 C 点（5,25），使用另一个 G01 指令到达 D 点（25,25）。然后，用G02指令（圆弧运动）到达E点（35, 15），中间点为（25, 15）。实际上，对于下一个 G02 指令，我们有相同的中心点 (25, 15) 到达点 F (31, 7)。然而，应该注意的是，I 和 J 参数与之前的命令不同，因为我们从最后一个端点或点 E 偏移了中心。我们用另一个 G01 命令完成整个路径，该命令从 F 点返回（ 31,7) 到 B 点 (5,5)。

上面是我们编写的用于创建此形状的 G 代码程序。但需要注意的是，这并不是一个完整的 G 代码程序，因为它缺少几个更基本的命令。我们将在后面的例子中编写完整的G代码程序。

3.5 G03 – 逆时针圆弧插补

与G02一样，G03指令指示机床以圆弧方式移动，不同之处在于G03逆时针移动。其余功能及规则与G02指令相同。

使用这三个主要的 G 代码命令 G01、G02 和 G03，理论上我们可以生成任何形状的路径。您现在可能想知道这是怎么可能的，但这实际上是一个使用计算机和 CAM 软件的简单任务。是的，我们有时确实会手动制作G代码程序，但大多数时候，我们使用更简单、更安全的软件来生成G代码程序。

不管怎样，让我们​​继续解释常用的命令，并在教程结束时实现一个真正的 G 代码示例。

3.6 G20/G21 – 单位选择

G20 和 G21 命令定义 G 代码单位：英寸或毫米。

我们需要注意的是，单位必须在程序开始时设置。如果未指定单位，CNC 将考虑先前程序设置的默认值。

3.7 G17/G18/G18 – 工作面选择

通过这些 G 代码命令，我们选择机器的工作平面：

大多数 CNC 机床的默认设置是 G17，但也可以使用其他两个来实现特定运动。

3.8 G28——返航

G28 指令要求机器移动到参考点或起始位置。为了避免碰撞，我们可以包含一个带有 X、Y 和 Z 参数的中间点。工具在到达参考点之前将先经过该点。 G28 X##Y##Z##

原点位置可以用指令 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释坐标值。 G90为绝对模式，G91为相对模式。

在绝对模式下，工具始终相对于绝对点或零点定位。因此，无论之前的位置如何，指令 G01 X10 Y5 都会移动到精确的点 (10, 5)。

在相对模式下，工具相对于最后一个点定位。因此，如果机床当前位于点 (10, 10)，则指令 G01 X10 Y5 将刀具指向点 (20, 15)。这种模式也称为“增量模式”。