CNC和3D打印中的G代码和M代码简介

如果您与 数控机床或3D打印机你迟早会遇到著名的G代码及其密不可分的伙伴——M代码。对许多人来说，它们听起来像是火星语言，但实际上，它们只是机器能够完美理解的高度结构化的指令。理解它们的含义以及它们如何组合，是摆脱“盲目”工作、真正掌控加工或打印过程的关键。

无论你的机器多么昂贵或先进，都把它看作是相当“简单”的：它只知道 移动到 X、Y、Z 坐标，旋转主轴，或挤出材料 当你发出指令时，其他一切都由G代码和M代码处理。在本文中，我们将深入浅出地讲解G代码和M代码是什么、它们的起源、它们之间的区别、它们在当今CAD/CAM和切片软件中的应用、它们会导致哪些典型错误，甚至还会介绍一些更复杂的程序示例，包括用于CNC车床和3D打印的程序。

什么是数控加工？为什么它如此依赖G代码和M代码？

数控加工本质上是利用 计算机数控机床 （车床、铣床、加工中心等）用于制造零件，其精度之高，是人工反复加工无法达到的。数控系统定义位置、速度和轨迹；机器则执行这些指令。

它的优势中，有一点尤为突出。 极高的精度和材料去除效率能够处理非常复杂的几何形状，并且具有极高的重复性：如果程序制作精良，可以生产 10 个或 10.000 个几乎完全相同的部件。

在如今我们所知的计算机出现之前，火车司机使用 穿孔卡片或纸带 为了对指令进行编码，需要按照正确的顺序打孔，这是一个缓慢而又脆弱的过程：如果卡片损坏或丢失，所有工作就都白费了，生产也会停止。

随着数控技术和第一台计算机的出现，操作员开始引入 手动输入代码行这虽然有所改进，但对于操作繁多的复杂零件来说，却变得极其繁琐，而且容易出现输入或计算错误。

如今情况大不相同：我们使用CAD软件进行设计，使用CAM程序自动生成刀具路径。CAM本身即可生成刀具路径。 G代码和M代码文件 机器已准备就绪，可以运行了。但这并不意味着了解其内部构造对于审查、优化、纠正以及必要时的手动编程不重要。

数控编程如何控制机器

在典型的工作流程中，程序员会在CAM系统中准备加工环境： 零件模型、夹具或刀具模型、刀具选择 以及每道工序（粗加工、精加工、钻孔、攻丝等）的刀具路径。软件根据所有这些信息生成由指令块组成的数控程序。

每个代码块通常是一行文本，内容如下： G 代码，可选 M 代码 以及各种参数：X、Y、Z 坐标、半径、进给量 (F)、主轴转速 (S)、刀具数量 (T) 等。控制系统按顺序解释这些指令，并根据指令移动机器或改变机器状态。

实际上，该程序通常会将运动指令（G代码）和辅助功能（M代码）以及其他一些内容结合起来。 comandos 数字线中会使用 F、S、T 或 N 等附加字符。其逻辑是： G代码决定了机器“如何”运动M 代码规定了机器在功能方面“做什么”。 硬件.

虽然 CAM 可以节省很多工作，但当零件比较复杂时，可能需要进行后处理。 人工审核周期、补偿和进度 或者安全序列。在复杂的项目中，代码的生成、调整和验证往往需要数天甚至数周的时间。

什么是数控机床和3D打印中的G代码

G代码，也称为RS-274代码或ISO代码，是 标准语言 编程 几何的 数控机床（机器码和字节码的区别“G”正是来源于“几何学”：它描述了机器应该如何在空间中运动以及具有哪些参数。

在传统的数控机床（车床、铣床、激光切割机等）中，G代码指示 轨迹、工作平面、进给率 以及其他与工具相对于工件的运动相关的信息。在3D打印中，它的作用完全相同，但应用于打印机的轴和挤出机。

典型的 G 代码命令以字母 G 开头，后跟一个数字，例如 G00、G01、G02、G03、G17等等。每种组合都有非常具体的含义。通常，该线路还会包含更多参数，例如 X、Y、Z、R、F、S 或 E（在 3D 打印中，E 代表挤出机）。

尽管存在一些标准（例如 ISO 6983、DIN 66025、西门子标准、发那科标准、哈斯标准等），但每个控制器都可以 添加扩展或变体此外，不同制造商之间的一些格式细节也会有所不同：例如，一台机器可能接受 G3，而另一台机器可能要求 G03，或者允许省略某些零和空格。

在所有情况下，基本思路都相同：一系列代码块，当按顺序执行时， 它们构成了整个刀具路径。 因此，印刷品或物体的最终形状也由此而定。

G代码中的字母和常用参数

除了字母 G 之外，该语言还使用其他字母来表示 重要参数在传统的数控加工中，我们发现（但不限于）：

• X，Y，Z笛卡尔坐标系用于在三维空间中定位刀具或工件。X 轴和 Y 轴通常代表水平面，Z 轴代表深度或高度。
• A：绕 X 轴旋转或自转（在多轴机床中）。
• R：执行圆弧插值时圆弧的半径。
• 我，J：圆弧插值中圆弧中心的增量分量。
• N：程序行号或块号。
• F：进给速度，即机械加工操作中的切削或位移速度。
• S主轴转速，单位为每分钟转数。
• T：与 M06 等指令配合使用的工具。

在 FFF/FDM 3D 打印中，该字母也经常出现。 E 表示挤出丝的量以及 X、Y 和 Z 轴上的 G0/G1 定位指令。

数控加工中的主要G代码

一些 最常用的G代码 以下是数控铣床和车床的规格：

• G00 – 快速定位： 将工具以最快的速度移动到指定坐标，无需进行切割。这适用于接近和撤退操作，此时唯一重要的是快速到达且避免碰撞。
• G01 – 线性插值： 它命令工件以指定的进给速度 F 在两点之间沿直线移动。它是直线切削和轮廓加工的经典命令。
• G02 – 循环时间插值： 沿顺时针方向绘制弧线或圆，通常使用 X、Y（或 X、Z / Y、Z，取决于活动平面）和半径 R 或中心 I、J。
• G03 – 逆时针圆弧插值： 与 G02 相同，但方向相反，非常适合加工圆形轮廓、圆形凹槽或弧形凹槽。
• G04 – 暂停或停留： 它会强制机器停止运转一段时间。这样做是为了让主轴稳定下来、刀具冷却或冷却液发挥作用。
• G17、G18、G19 – 平面选择： G17 激活 XY 平面，G18 激活 XZ 平面，G19 激活 YZ 平面，这在多轴模式下工作或在标准平面外插补圆弧时至关重要。
• G21/G20： 它们定义了单位制，通常毫米用 G21 表示，英寸用 G20 表示。
• G43 – 刀具长度补偿： 它考虑到每把刀具的长度都不同，并应用适当的校正器，使实际加工深度达到预期效果。

车床中也常见一些特定的代码，例如： G71 用于纵向粗加工循环G70 用于轮廓精加工，G76 用于循环螺纹加工，允许您定义轮廓并让控制器自动生成著名的“梯形”中间加工路径。

数控车床上 G 代码的高级示例

为了了解这些循环的真正潜力，请考虑以下典型场景：我们从一个圆柱形块开始，我们想要 粗略加工大量材料 用少量的线条勾勒，留出一些余料进行最后的精修，最后用线缝合收尾。

在车床程序中，我们可以先在模拟器中使用标准指令定义初始材料尺寸，然后用 O0001 等数字标识程序，用 G21 选择公制单位，用 G99 设置每转进给模式。

接下来，会发出类似这样的换刀指令： M06 T0101 （刀具 1 及其偏移量 1），主轴转速在 G97 模式（恒定 RPM）下定义，使用 S1800 M03 顺时针旋转，并使用 G00 快速将其定位到靠近工件的位置（例如 X26 Z2）。

然后，使用 G01 可以 面对砖块 穿过中心 (X-1 F.05)，返回安全位置并进入著名的粗加工循环 G71。该循环由两行定义，分别指定切削深度 U、退刀量 R、轮廓的初始块 P 和最终块 Q、余量 U 和 W 以及进给量 F。

例如，N1 和 N2 之间的轮廓线描述如下：端面车削至 X0，Z 轴进给，具有特定半径的圆弧 G03，圆柱车削和圆锥车削。重要的是轮廓是 单调递增或递减 直径要合适，这样循环才能正常工作。

G71粗加工完成后，启动G70 P1 Q2，以便利用其精细的转速和进给量进行加工。 进行最后的润色 沿着相同的轮廓。然后，您可以使用 G28 U0 W0 将滑架送回参考位置，使用 M05 停止主轴，切换到螺纹刀具 T0303，并激活循环 G76，以生成具有深度、角度、螺距（例如 F1.5）和内径等参数的多道螺纹。

最后，将滑架送回安全位置（G28 U0 W0），并使用 M30（结束并倒带）或 M00（停止但不倒带）终止程序。整个过程可以用以下方式描述： 由于周期固定，程序行数非常少。这大大简化了日常工作。

什么是M代码？它扮演什么角色？

M 代码又被称为“杂项代码”或“机器功能代码”。G 代码处理几何形状和运动，而 M 代码则控制其他功能。 辅助操作：启动或停止主轴、打开冷却液、更换刀具停止或终止程序等。

正式来说，这些命令是以字母 M 开头，后跟一个数字，例如 M00，M03，M05，M06，M08，M30它们各自充当一个开关，可以打开或关闭某些东西，或者使控制状态改变。

一个重要的细节是，通常情况下，每个块中只使用一个块。 单个 M 代码将两个或多个功能放在同一条线上通常不是个好主意，因为很多功能是互斥的：主轴不能在同一指令中同时启动和停止，否则机器就会“卡住”。

与标准化程度更高的G代码不同，M代码 不同厂家生产的这些产品差异很大。M03 或 M05 的含义在几乎所有情况下通常都是相同的，但其他代码（托盘更换、夹具、特殊循环）可能会改变，甚至格式（M3 与 M03）如果控制严格，也可能导致错误。

数控机床中最常用的M代码

最常见的M代码 您将在CNC中看到的程序有：

• M00 – 程序停止： 它会以可控的方式暂停执行，直到操作员按下继续按钮。它用于检查、手动更改或一次性干预。
• M02 / M30 – 程序结束： 它们表示程序已结束。在许多控制器上，M30 除了停止程序外，还会倒回到程序开头以完成程序。
• M03 – 主轴运动（顺时针）： 主轴顺时针旋转，通常伴随着转速的 S 值。
• M04 – 主轴运转（逆时针）： 与 M03 相同，但旋转方向相反，适用于某些操作或特殊配置。
• M05 – 主轴停止： 它可以减慢旋转速度，这是更换刀具或完成切割操作之前必不可少的步骤。
• M06 – 工具更换： 指示机器自动更换刀具至 T 中指示的刀具。对于带有刀库的加工中心来说至关重要。
• M08 – 制冷剂开启： 开启冷却系统（喷射、雨淋等）以保持温度并改善表面光洁度。
• M09 – 制冷剂关闭： 它可以切断冷却液的流动，这在更换刀具之前或操作结束时非常有用。

尽管许多机器上的代码都很相似，但必须仔细检查。 具体控制手册 因为某些M系列车型的功能会因制造商的不同而完全不同。

FDM/FFF 3D打印中的G代码和M代码

3D打印中发生了一件非常奇特的事情：尽管我们讨论的是不同的技术，但其控制的核心却基于…… 与 G 代码和 M 代码的概念相同 与数控机床相比，打印机的固件（Marlin、Klipper、RepRap 等）会解释这些指令，并控制电机运转、加热热端、启动风扇或进行调平。

打印机无法识别 STL、OBJ 或 3D 网格文件；它只知道自己必须…… 将头部移动到某个坐标该工艺包括以特定速度和温度沉积材料（挤出）。切片软件将三维几何图形转换为数千行G代码。

一个简单的打印机指令示例是 G0 X15，它将 X 轴沿正方向移动 15 毫米。将 X、Y、Z 和 E 轴与 G0/G1 指令结合使用，可以实现以下功能： 画出这块布料的每一层。 在床上。

除了描述零件的 G 代码之外，切片机总是会生成一个 开始和结束代码 （开始 G 代码和结束 G 代码）会在每次打印作业前后运行。除非您进行更改，否则这些脚本会在所有作业中重复运行。

初始设置通常包括归位（G28）、床面和热端加热（M140、M104、M109）以及（如果有传感器）自动调平。 挤出吹扫线等等。完成后，加热器（M104 S0、M140 S0）、电机（M84）、风扇（M106 S0）都会关闭，有时还会移动 Z 轴，将零件从热端移开。

为什么要修改3D打印中的起始和结束G代码

虽然大多数切片机都带来了 相当通用的默认脚本 由于它们可与多种打印机兼容，因此通常值得对其进行定制，以充分发挥其性能。一些常见原因包括：

• 添加一系列 自动调平 如果你的打印机有传感器。
• 添加预清洗管线以清洁挤出机并提高第一层粘合力。
• 配置打印完成后发出声音或警报。
• 更好地控制 热端和床的冷却 避免翘曲或线材滴落。
• 对于没有 EEPROM 的打印机，重置断电时丢失的 Z 轴偏移量、PID 参数或设置。

在 Cura 等切片软件中，操作非常简单：进入打印机设置，打开机器设置，你会看到两个文本框，分别用于： 开始 G 代码和结束 G 代码您可以在那里编辑、粘贴代码片段，并将其调整以适应您的特定模型。

3D打印机脚本中常用的G代码命令

一些通常会出现的命令 这些脚本（并非完整程序）包括：

• G92 E0： 将挤出机重置为零，以便从那时起，挤出命令都相对于该点。
• G28： 它能将所有轴恢复到原点（归位），这是开始打印前必不可少的步骤。
• G1 XYFE： 它结合了 X/Y 移动、F 进给和 E 挤出，通常用于绘制清洗线或移动到工作台上的特定位置。
• G1 Z： 调整 Z 轴高度，防止热端撞到工作台或成品零件。
• G1 FE： 最后发出耗材回抽指令，以防止滴落。
• M106 S： 配置层风扇速度，从 0（关闭）到最大。
• M104 S0 / M140 S0： 打印任务完成后，他们会关闭挤出机和打印床。
• M84： 关闭所有电机，使轴可以自由转动。

除了这些指令之外，每个固件还会添加自己的代码，用于调平打印床、高级暂停、更换耗材等等。这就是它如此重要的原因。 了解您的打印机究竟能理解哪些内容。.

G代码和M代码的主要区别

尽管G代码和M代码总是同时出现并相互补充，但它们之间却存在一些差异。 不同的角色 在数控编程和3D打印领域，我们可以将它们的区别概括为以下几点：

• 用途： G代码控制刀具路径、位置、方向和进给速度。M代码管理辅助功能，例如主轴、冷却液、换刀和程序终止。
• 指令类型： G 代码本质上是几何的，它规定了机器如何运动；M 代码是操作性的，它侧重于不一定涉及运动的机器状态。
• 标准化： G代码在行业内相对标准化，因此G00、G01、G02等在不同的机器上通常表示相同的含义。相比之下，许多M代码则不然。 更依赖于制造商 它们的含义可能会改变。
• 重量精度： G代码直接影响零件的尺寸精度；参数设置错误的G01指令可能会破坏轮廓。M代码的影响则更为间接（例如，冷却液的开启或关闭会影响热稳定性和表面光洁度）。
• 复杂： G 代码块往往更密集，包含许多坐标、半径和进给量，而 M 代码往往更简单，但对安全性和顺序控制至关重要。

最终，该项目可以被视为一个交响乐团，其中 G代码标记音符和旋律M 代码决定每种乐器何时进入、何时保持安静以及幕布何时关闭。

CNC编程中的其他补充命令

除了 G 和 M 之外，还有三个字母在 CNC 和 3D 打印中都至关重要：F、S 和 T。这些并非独立的代码，而是…… 伴随运动的参数 或函数：

• F（饲料）： 定义进给速度，例如以毫米/分钟或毫米/转为单位，具体取决于 G94 或 G95（或某些控制系统上的 G99）是否激活。F 值过高会导致刀具损坏；过低会延长加工周期并可能导致加工表面光洁度差。
• S（主轴转速）： 与 M03 或 M04 组合使用时，表示主轴转速（单位：RPM）。在某些情况下，它也可以表示其他速度。
• T（工具）： 在 M06 换刀操作中选择要使用的工具，因此务必确保所选工具与仓库中该工具的实际位置相符。

一个数控运动指令的例子可以是 G01 X-100 Y-50 Z-35 F10，它指示一个线性位移，进给速度为每分钟 10 个单位（取决于系统）。如果我们添加 M03 S3000，则表示在该位置，我们希望主轴以该速度旋转。 顺时针旋转 3000 转/分.