G 代码：定义、命令和实际应用

什么是 G 代码？数控编程的核心语言

G 代码是控制机器运行的 CNC（计算机数控）编程的基本语言。它是一系列简明的指令，告诉机床该往哪里走、走什么路径、以什么速度移动。在数控加工中，G 代码是所有程序中最重要的部分，因为它直接决定了切削工具如何与材料相互作用以形成最终零件。

G 代码从何而来？

G-Code 的历史可以追溯到 20 世纪 50 年代的麻省理工学院（MIT）。当时，工程师们正在寻找一种使机床自动化的方法，以提高生产效率和精度。他们开发了一套控制机床轴的命令，为我们今天所熟知的 G 代码奠定了基础。经过几十年的发展，这种语言已成为全球数控机床的通用标准。

按类型分列的常用 G 代码命令

G-Code 命令可根据其功能分为不同类型。了解这些类别可以帮助你组织和理解 G 代码程序。

运动指令

这些是最基本的 G 代码命令，因为它们控制机床刀具的移动。

• G00（快速定位）:该命令以最快速度将刀具移动到指定位置。它用于非切割运动，例如刀具需要快速移动到起点时。
• G01（线性插值）:G01 指示机床以规定的速度沿直线移动刀具。这是切割直线最常用的命令。
• G02 / G03（圆弧插补）:这些命令以圆周路径移动工具。 G02 是顺时针运动，而 G03 表示逆时针。它们对于加工孔和曲线等特征至关重要。

准备和工具命令

这些 G 代码可设置加工环境或为任务准备工具。

• G90 / G91（绝对/增量编程）: G90 将机器设置为绝对模式，即所有坐标都以原点为基准。 G91 将机床设置为增量模式，其中每个坐标都以刀具当前位置为基准。
• G04（居住）: G04 是一种编程暂停。它通常用于让主轴在切削前达到全速，或让刀具有时间清理切屑。
• G40 / G41 / G42（刀具补偿）:这些命令用于调整刀具路径，以补偿刀具的半径或长度，确保高精度加工。

罐装循环

预制循环是一种 G 代码，它将一系列复杂的加工步骤（如钻孔）合并为一条简单的命令。它们用于节省时间和简化编程。

G 代码的实际应用

通过 G-Code 可以制作出手工难以制作的复杂精密零件。下面是一个简单的示例，展示了 G 代码在现实世界中是如何工作的。

假设我们要剪切一个 40 毫米 x 40 毫米正方形 在工件上。

• G90:设置为绝对坐标
• G00 X0 Y0 Z5:快速移动到起点 (0,0,5)，Z 轴处于安全高度
• G01 Z-2 F100:沿 Z 轴切削，进给速度 100 毫米/分钟
• G01 X40 F200:沿 X 轴切割至 X=40
• G01 Y40 F200:沿 Y 轴切割至 Y=40
• G01 X0 F200:沿 X 轴切回至 X=0
• G01 Y0 F200:沿 Y 轴切回至 Y=0
• G00 Z5:快速移动到安全高度
• M30:程序结束

通过理解每一行代码，你可以看到简单的命令是如何组合完成整个切割任务的。你可以想象工具从一点开始，按照精确的坐标路径一步步进行，最终完成一个完美的正方形。

使用 G 代码的好处

在制造过程中，使用 G 代码有几大优势：

• 高精度:G 代码可对每一个动作进行数字控制，确保零件制造的精确性和一致性。
• 效率:一旦编写了 G 代码程序，数控机床就可以连续运行，从而加快生产速度并降低劳动力成本。
• 复杂性:通过 G 代码，可以制造出复杂的几何形状，而传统的手工加工方法很难或根本无法制造出这样的几何形状。

谁应该学习 G 代码？

对于制造和工程领域的一些专业人员来说，学习 G 代码是必不可少的。首先是 数控机床机工和操作员 必须了解 G 代码，以便直接在机器上阅读、编辑程序并排除故障。这些知识对于快速调整和确保零件精度至关重要。 制造工程师 此外，还应熟练掌握 G 代码，以便设计高效的流程并与车间进行有效沟通。最后 产品设计师和 CAD/CAM 技术员 学习 G 代码可以让他们受益匪浅，因为 G 代码可以让他们更深入地了解他们的设计将如何进行物理生产，从而使他们能够创造出更容易加工、更具成本效益的零件。

哪些机器使用 G 代码？

G 代码是 CNC（计算机数控）加工的通用语言，因此被广泛应用于各种自动化制造设备。

数控铣床

数控铣床是 G 代码最常见的应用。数控铣床使用旋转刀具沿 XYZ 轴移动，对材料进行加工，从而制造出复杂的零件。G 代码程序可精确控制刀具的每一个动作，以确保零件的精度和质量。

数控车床

与铣床不同，车床主要通过旋转工件来切割材料。车床用于制造轴和螺母等圆柱形零件。在这里，G 代码控制切削工具如何接近、移动和退出旋转的工件。

三维打印机

虽然三维打印机是一种快速成型制造设备，但它们也依赖于 G 代码。G 代码告诉打印头在三维空间中向何处移动、以何种速度移动、挤出多少材料，从而逐层构建物体。

激光和等离子切割机

这些机器使用 G 代码控制切割头的路径和速度，以精确切割金属板。G-Code 可确保切割线平滑、准确，这对制作金属零件或艺术品至关重要。

机械臂

在自动化生产线中，许多机械臂也使用 G 代码来控制它们在焊接、涂胶、装配和喷漆等任务中的复杂动作。G 代码的精确性使机器人能够重复执行高度复杂的操作。

如何编写 G 代码：从蓝图到代码

编写 G 代码是将零件设计转化为机器能够理解的指令集的过程。虽然现代 CAD/CAM 软件可以自动完成这一过程，但了解 G 代码的基础知识对于排除故障和优化加工过程至关重要。

选择正确的编程工具

虽然您可以使用任何文本编辑器编写 G 代码，但专业的 G 代码编辑器提供专为数控编程而设计的功能。这些工具可以显著提高效率，减少错误。

以下是几种常用的 G 代码编辑器：

• VS 代码（Visual Studio 代码）:这是一款功能强大的免费代码编辑器。通过安装相关扩展（如 G 代码语法)，你可以启用语法高亮显示和自动完成功能，使其成为一个出色的 G 代码编辑器。
• NC 查看器:这是一个方便、免费的在线工具。只需复制并粘贴您的 G 代码，它就会立即显示工具路径。这是在运行程序前检查潜在错误的好方法。
• Fusion 360:除了是一款功能强大的 CAD/CAM 软件外，Fusion 360 还内置了 G 代码编辑器。您只需在一个程序中就能设计零件、生成刀具路径和编辑 G 代码。

编写 G 代码的五个基本步骤

1. 程序标题:每个 G 代码程序都以程序编号（O + 数字）开始。在程序开始时，通常要设置工作平面（如 G17) 并选择绝对坐标或增量坐标 (G90 或 G91).
2. 安全移动:使用 G00 将刀具快速移动到工件上方的安全位置。这可确保在切割开始前不会发生碰撞。
3. 切割材料:使用 G01 将刀具沿 Z 轴向下移动到所需的切削深度。确保设置适当的进给速度。
4. 切割零件轮廓:使用 G01 (直线）和 G02/G03 (圆弧）来切割零件轮廓。您必须为每个运动指定端点坐标（X、Y、Z）和进给速度。
5. 计划结束:完成所有切割后，使用 G00 来快速收回工具。然后使用以下命令 M30 结束程序并将机器复位到起始位置。

G 代码与 M 代码明显的区别

虽然 G 代码是数控编程的核心，但它并不是唯一的指令类型。在数控程序中，它通常与 M 代码 (杂项功能的简称）。G 代码主要控制 动作告诉机器如何移动和切割。而 M 代码则控制 非运动功能 例如打开或关闭主轴 (M03/M05），打开或关闭冷却液 (M08/M09），以及结束程序 (M30).你可以把 G 代码看作是 怎么办的补充指令，而 M 代码则是 怎么做.它们共同构成了一套完整的数控编程语言。

常见问题（FAQ）

G 代码难学吗？

对于初学者来说，G 代码的基础知识并不难学。许多最常用的命令直观易记。但是，要成为一名能从头开始编写复杂程序的专家，则需要大量的练习和对几何和加工原理的深入理解。最好的入门方法是掌握核心命令，并通过简单的项目进行练习。

如果我可以直接使用 CAM 软件，为什么还要学习 G 代码？

虽然现代 CAM（计算机辅助制造）软件可以自动生成 G 代码，但了解其基本原理仍然至关重要。熟练掌握 G 代码可以让您 快速排除故障, 优化程序并使 即时编辑 直接在机床上进行加工，可节省大量时间和精力，并能更好地控制加工过程。