G-Code

Was ist G-Code?

G-Code, auch bekannt als geometrischer Code oder RS-274, ist die am weitesten verbreitete Programmiersprache für CNC-Maschinen (Computer Numerical Control), die in CAD/CAM (Computer Aided Design/Computer Aided Manufacturing) eingesetzt werden.

G-Code-Befehle geben der Maschine Anweisungen, was, wie und welche Art von Anweisungen zu tun sind, zum Beispiel was zu tun ist, wie es zu tun ist, wohin sich zu bewegen ist, welcher Weg zu folgen ist usw.

Welche Bedeutung hat G-Code?

G-Codes für CNC-Maschinen sind universell, das heißt alle CNC-Maschinen benötigen G-Code, um zu funktionieren und bestimmte Vorgänge auszuführen. Da die Code-Ebene für Maschinen verständlich sein soll, ist sie in der Regel für menschliche Benutzer verborgen, obwohl die Befehle selbst für Menschen lesbar sind. CAD/CAM-Software generiert je nach Anwendung automatisch G-Code-Programme, sodass in der Regel kein dedizierter Programmierer erforderlich ist. Eine Ausnahme besteht, wenn komplexe oder maßgeschneiderte Teile hergestellt werden müssen und spezifische Codeänderungen erforderlich sind, die von der Software nicht automatisch vorgenommen werden können.

G-Code-Befehle teilen dem Computer, der die Motoren der Fertigungsanlage steuert, mit, wie weit und mit welcher Geschwindigkeit er sich bewegen soll. Eine Fräse hat eine rotierende Spitze, die beispielsweise einen Metallblock in ein kompliziert bearbeitetes Teil verwandelt. Der G-Code kann dem computergesteuerten Gerät die Anweisungen geben, den Kopf durch 3D-Manöver mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten zu bewegen, um eine Nockenwelle zu erstellen, die beispielsweise zur Steuerung der Ventilsteuerung in einem benzinbetriebenen Motor verwendet werden kann.

Wofür wird der G-Code verwendet?

Der G-Code ermöglicht die metrikbasierte numerische Steuerung von CAM-gesteuerten Geräten wie CNC-Fräsmaschinen und für additive Fertigungsanwendungen wie den 3D-Druck. G-Code-Befehle liefern die präzisen und wiederholbaren Pfade, die erforderlich sind, um Maschinen zu positionieren oder zu bewegen und sie dazu zu bringen, bestimmte Aktionen auszuführen, wie zum Beispiel Schneiden oder Formen. Die Steuerung der Maschine wandelt die G-Code-Befehle in spezifische Anweisungen um, die die Maschine verstehen und ausführen kann. Im Allgemeinen bietet die durch G-Code und andere CNC-Sprachen ermöglichte granulare Steuerung die Präzision für die additive und reduktionsbasierte Fertigung unter Verwendung vieler Materialien.

In der Fertigung weisen G-Code-Befehle beispielsweise Drehbänke, Fräsen und andere Maschinen an, einem bestimmten Prozess zu folgen, um aus den gegebenen Rohmaterialien ein gewünschtes Produkt herzustellen. Ebenso benötigen 3D-Drucker G-Code-Befehle, um die verschiedenen Schichten zu erstellen, die das spezifische Design und die Form eines Produkts ausmachen.

Zu den Anwendungsbereichen von G-Code gehören:

• dreiachsige Fräsen
• vier- oder fünfachsige Bearbeitungszentren
• Drehbänke
• Fräsen
• Drahtschneider
• Lehrenbohrer
• Bohrer
• Druckköpfe
• 3D-Drucker

Was sind die drei grundlegenden G-Codes?

G-Code-Befehle folgen einer einfachen Struktur: dem Buchstaben G, gefolgt von zwei Zahlen. Obwohl es viele G-Code-Befehle gibt, sind drei gängige Befehle G00, G01 und G02.

Der Befehl G00 oder Rapid Positioning bewegt die Maschine mit maximaler Geschwindigkeit von einer aktuellen Position zu einem bestimmten Punkt. Mit diesem Befehl bewegen sich alle Achsen zusammen, was zu einer geradlinigen Bewegung zur neuen Position führt. Nach der Bewegung kann ein anderer Auftrag, wie zum Beispiel Schneiden oder Drucken, eingeleitet werden.

Der Befehl G01 oder Lineare Interpolation weist die Maschine an, sich in einer geraden Linie mit einer festgelegten Geschwindigkeit F zu einer Endposition zu bewegen, die mit (x, y, z)-Werten angegeben wird. Während sich die Maschine bewegt, berechnet ihre Steuerung alle Zwischenpunkte, bis sie die Position F erreicht.

Der Befehl G02, oder Kreisinterpolation, weist die Maschine an, sich im Uhrzeigersinn in einem kreisförmigen Muster zu bewegen. Wie beim Befehl G01 müssen auch beim Befehl G02 die Endpunktparameter sowie der Drehmittelpunkt definiert werden.

Die drei Befehle können nacheinander verwendet werden, um der Maschine verschiedene Anweisungen zu erteilen. Zunächst kann G00 verwendet werden, um die Maschine an die gewünschte Position zu bewegen, gefolgt von G01, um Material zu schneiden oder zu extrudieren, und G02, um einen anderen Bearbeitungsprozess durchzuführen.

Zu den weiteren G-Code-Befehlen gehören:

• G03 oder Kreisinterpolation gegen den Uhrzeigersinn. Damit wird die Maschine angewiesen, sich gegen den Uhrzeigersinn in einem kreisförmigen Muster zu bewegen.
• Mit G20 werden die G-Code-Einheiten in Zoll definiert.
• Mit G21 werden die G-Code-Einheiten in Millimetern definiert.
• G17, G18 und G19 sind Anweisungen zum Einstellen der Arbeitsebenenkoordinaten der Maschine, die (XY/XZ/YZ) sind.
• G28 weist die Maschine an, sich zu ihrem Referenzpunkt oder ihrer Ausgangsposition zu bewegen.

G-Code-Befehle sind auch verfügbar, um Koordinaten zu interpretieren und das Werkzeug zu positionieren, die Verweilzeit festzulegen, die Fräserkompensation einzurichten, die Spindeldrehzahlen einzustellen, die Kühlmittelströme zu konfigurieren, die Skalierung zu initiieren und Werkzeugwechsel zu steuern.

Viele G-Code-Befehle sind modal, das heißt sie bleiben in Kraft und werden von der CNC-Maschine ausgeführt, bis sie durch einen anderen Code ersetzt oder aufgehoben werden.

Geschichte des G-Codes

In den Anfängen der maschinellen Bearbeitung wurden Werkzeuge durch Karten oder Lochstreifen gesteuert, die durch Stanzen von Löchern in die Karten oder Streifen erstellt wurden. Allerdings führte eine physische Beschädigung des Papiermaterials häufig zu Fehlern. Die Entwicklung von Computern für den Betrieb numerisch gesteuerter Werkzeuge führte zur Entwicklung von CNC-Maschinen.

Die erste numerische Computersteuerungssprache wurde Ende der 1950er Jahre vom MIT entwickelt. Die früheste Version des G-Codes wurde Anfang der 1960er Jahre von der Electronic Industries Alliance standardisiert. Sie wurde schließlich zur standardisierten RS-274D-Sprache, die von vielen CNC-Maschinen und -Anwendungen verwendet wird.

Im Laufe der Jahre sind mehrere Versionen des G-Code-Standards entstanden, von denen viele auf die eigenen Geräte eines Maschinenherstellers zugeschnitten sind. Heute wird die genaue, reproduzierbare Fertigung, die durch G-Code und ähnliche Sprachen ermöglicht wird, bei der Herstellung aller Arten von militärischer und wissenschaftlicher Ausrüstung und Konsumgütern eingesetzt.

G-Code und M-Code

G-Codes und M-Codes arbeiten oft zusammen. Wie G-Code-Befehle haben auch M-Code-Befehle spezifische Anwendungen, sodass beide verwendet werden, je nachdem, was das Werkzeug tun soll.

M-Code, was für Maschinencode oder Miscellaneous Code steht, bezieht sich auf Befehle, die die verschiedenen Funktionen der Maschine steuern. Die Struktur von M-Code-Befehlen ist genauso einfach wie die Struktur von G-Code-Befehlen, mit einem Unterschied: Jeder Befehl beginnt mit einem M.

Einige häufig verwendete M-Code-Befehle sind:

• M00. Programmstopp.
• M02 und M30. Programmende
• M05. Spindelstopp.
• M06. Werkzeugwechsel
• M106. Lüftergeschwindigkeit einstellen. Wird für den 3D-Druck verwendet.