G-code

G-код — условное именование языка программирования устройств с числовым программным управлением (ЧПУ). Был создан компанией Electronic Industries Alliance в начале 1960-х. Окончательная доработка была одобрена в феврале 1980 года как стандарт RS274D. Комитет ISO утвердил G-код как стандарт ISO 6983-1:2009, Госкомитет по стандартам СССР — как ГОСТ 20999-83^[1]. В советской технической литературе G-код обозначается как код ИСО 7-бит (ISO 7-bit), это вызвано тем, что G-код кодировали на 8-дорожечную перфоленту в коде ISO 7-bit (разработан для представления информации УЧПУ в виде машинного кода так же, как и коды AEG и PC8C), восьмая дорожка использовалась для контроля чётности.

Производители систем УЧПУ (CNC), как правило, используют ПО управления станком, для которого написана (оператором) программа обработки в качестве осмысленных команд управления, используется G-код в качестве базового подмножества языка программирования, расширяя его по своему усмотрению^[2].

G-Code — это также стандартный язык, используемый многими моделями 3D-принтеров для управления процессом печати. Файлы GCODE могут быть открыты с помощью различных программ 3D-печати, например, Simplify3D, GCode Viewer, а также с помощью текстового редактора, поскольку их содержимое представляет собой обычный текст.

Структура программы

Основные требования к структуре

Программа, написанная с использованием G-кода, имеет жёсткую структуру. Все команды управления объединяются в кадры — группы, состоящие из одной или более команд. Кадр завершается символом перевода строки (CR/LF) и может необязательно иметь явно указанный номер, начинающийся с буквы N, за исключением первого кадра программы и комментариев. Этот номер является по сути меткой кадра и необязательно должен нарастать в программе или представлять собой последовательные целые числа, важно, чтобы номер не повторялся в пределах программы, например, допустимо:

...
N200 G0
n100 x0
x5y4
...

В большинстве современных интерпретаторов кода допустимо использовать в коде программы строчные и прописные буквы, как в примере.

Пробелы в строке кадра игнорируются, поэтому допустимо слитное написание команд кадра.

Первый (а в некоторых случаях ещё и последний) кадр содержит только один необязательный знак <%>. Завершается программа командами M02 или M30.

Комментарии к программе размещаются в круглых скобках. Комментарий может располагаться как в отдельной строке, так и в любом месте кадра среди команд. Недопустимо оформлять в качестве комментария несколько строк, охваченных парой круглых скобок.

Элементарные команды в каждом кадре выполняются одновременно, поэтому порядок команд в кадре строго не оговаривается, но традиционно предполагается, что первыми указываются подготовительные команды (например, выбор плоскости круговой интерполяции, скоростей перемещений по осям и др.), затем задание координат перемещения, затем выбора режимов обработки и технологические команды.

Максимальное число элементарных команд и заданий координат в одном кадре зависит от конкретного интерпретатора языка управления станками, но для большинства популярных интерпретаторов (стоек управления) не превышает 6.

Координаты задаются указанием оси с последующим числовым значением координаты. Целая и дробная части числа координаты разделяются десятичной точкой. Допустимо опускание незначащих нулей, либо их добавление. Также в подавляющем количестве интерпретаторов допустимо не добавлять десятичную точку к целым числам. Например: Y0.5 и Y.5, Y77, Y77. и Y077.0.

Существуют так называемые модальные и немодальные команды. Модальные команды изменяют некоторый параметр/настройку и эта настройка действует на все далее исполняемые кадры программы до их смены очередной модальной командой либо её отмены. К модальным командам, например, относятся скорости перемещения инструмента, управления скоростью шпинделя, подачи смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) и др. Немодальные команды действуют только внутри их содержащего кадра. К немодальным командам относятся, например, команды разгона и торможения шпинделя.

Интерпретатор кода (стойка управления) станком запоминает значение введённых параметров и настроек до их смены очередной модальной командой или отмены ранее введённой модальной команды, поэтому необязательно указание в каждом кадре, например, скорости перемещения инструмента.

Описание и вызов подпрограмм

Язык допускает многократное исполнение однократно записанной последовательности команд и перемещений инструмента, вызываемую из разных частей программы, например, вырезания в листовой заготовке многих отверстий с одинаковым сложным контуром, расположенных в разных местах будущей детали. При этом в теле подпрограммы описывается траектория движения инструмента для вырезания одного отверстия, а в программе производится многократный вызов подпрограммы из разных мест. В теле подпрограммы перемещения инструмента задаются в относительных координатах — координатах, описывающих траекторию инструмента при обработке отверстия, переход к относительной системе координат (иногда такую систему координат называют <инкрементной>) производится командой G91 в начале тела подпрограммы, а возврат к абсолютной системе координат командой G90 — в конце тела подпрограммы. В инкрементной системе команды перемещения инструмента интерпретируются как приращения, например:

g90 x5 (назначение абсолютной системы координат, после исполнения этого кадра машинная координата по оси X станет равной 5)
g91 x10 (назначение инкрементной системы координат, после исполнения этого кадра машинная координата по оси X станет равной 15)
x-15 (после исполнения этого кадра машинная координата по оси X станет равной 0, так как продолжает действовать инкрементная система координат, заданная модальной командой g91)

Тело подпрограммы обязательно должно быть описано до команды конца программы — М30, но допустимо расположение подпрограммы после команды М02 — конца программы и иметь имя, начинающееся с буквы О с цифрами номера подпрограммы, например, О112. В конце тела подпрограммы помещается команда возврата в основную программу — М99.

В программе вызов подпрограммы производится командой М98 с указанием обязательного параметра имени подпрограммы P. Недопустимо совпадение имён подпрограмм в пределах одной программы. Пример вызова подпрограммы O112: M98 P112. Допустимо при вызове подпрограммы указание числа вызовов подпрограммы добавлением необязательного параметра L, например, двукратный вызов подпрограммы 112: M98 P112 L2, что, например, может быть полезно при описании выполнения второго прохода чистовой обработки после первого прохода черновой обработки. При опущенном параметре L подпрограмма вызывается однократно.

Управляющее математическое обеспечение некоторых станков или некоторые интерпретаторы G-кода допускают вызов подпрограмм по номеру строки (кадра) в программе, для этого используется команда M97 с параметром P, указывающем на номер (метку) строки, например, M97 P321 L4 — четырёхкратный вызов подпрограммы начинающейся с меткой N321. Оформленная таким образом подпрограмма как обычно должна заканчиваться командой M99 — возвратом в вызвавшую программу.

Допустимо вложение подпрограмм, то есть из подпрограммы возможен вызов другой подпрограммы. Максимально допустимое число уровней вложения зависит от реализации конкретного интерпретатора G-кода.

Пример программы вырезания 2 прямоугольных отверстий 10 x 20 мм, увеличенных на диаметр торцевой фрезы, с координатами левых нижних углов отверстий x=57, y=62 и x=104, y=76 в листовой заготовке толщиной 5 мм с вызовом подпрограммы описывающей вырезание одного отверстия

...
(Фрагмент программы)
G00 X57 Y62 (позиционирование по X, Y на 1-е отверстие)
M98 P112 (вырезание 1-го отверстия)
G00 X104 Y76 (позиционирование по X, Y на 2-е отверстие)
M98 P112 (вырезание 2-го отверстия)
...
М02 (Конец программы)
...
(Тело подпрограммы)
O112 (Метка подпрограммы, номер 112)
G00 Z1 (Подвод инструмента на высоту 1 мм над поверхностью заготовки со скоростью холостого перемещения)
G01 F40 Z-5.5 (Врезание инструмента на глубину -5,5 мм в заготовку со скоростью 40 мм/мин) 
G91 (Переход в относительную систему координат, в этой системе вначале X=0, Y=0) 
G01 F20 X10 (Вырезание 1-й стороны прямоугольника со скоростью 20 мм/мин) 
Y20 (Вырезание 2-й стороны прямоугольника со скоростью 20 мм/мин)
X-10 (Вырезание 3-й стороны прямоугольника со скоростью 20 мм/мин. Так как включена инкрементальная система координат, то возврат инструмента в исходную точку до вызова подпрограммы указывается в виде приращения координаты, здесь -10.)
Y-20 (Вырезание 4-й стороны прямоугольника со скоростью 20 мм/мин)
G90 (Переход в абсолютную систему координат, восстановление текущих координат до перехода в относительную систему)
G00 Z5 (Подъём инструмента на высоту 5 мм над поверхностью заготовки со скоростью холостого перемещения) 
M99 (Возврат в вызывавшую программу или подпрограмму) 
...
М30 (Конец интерпретируемого кода программы. После исполнения этой команды указатель номера кадра устанавливается на 1-ю строку программы и исполнение программы останавливается)

Сводная таблица кодов

Основные (называемые в стандарте подготовительными) команды языка начинаются с буквы G (аббревиатура от слова General):

• Перемещение рабочих органов оборудования с заданной скоростью (линейное и круговое)
• Выполнение типовых последовательностей (таких, как обработка отверстий и резьба)
• Управление параметрами инструмента, системами координат, и рабочих плоскостей

Подготовительные (основные) команды

Коды	Описание
G00-G03	Позиционирование инструмента
G17-G19	Переключение рабочих плоскостей (XY, ZX, YZ)
G20-G21	Не стандартизовано
G40-G44	Компенсация размера различных частей инструмента (длина, диаметр)
G53-G59	Переключение систем координат
G80-G85	Циклы сверления, растачивания, нарезания резьбы
G90-G91	Переключение систем координат (абсолютная, относительная)

Таблица основных команд

Команда	Описание	Пример
G00[3]	Ускоренное перемещение инструмента (холостой ход). При холостом перемещении НЕ ОБЯЗАТЕЛЬНО производится линейная интерполяция перемещения аналогично команде G01. В некоторых интерпретаторах при выполнении команды перемещения по нескольким осям одновременно, перемещение по осям отрабатывается с максимальной скоростью, поэтому линейное перемещение от исходной точки в конечную точку не обеспечивается, поэтому нельзя производить ходы обработки детали при действии этой модальной команды.	G0 X0 Y0 Z100.
G01	Линейная интерполяция, модальная команда. Инструмент (рабочий орган) перемещается по отрезку прямой линии от исходной точки с координатами до исполнения команды в точку с заданными в команде координатами, скорость перемещения задаётся здесь же или ранее модальной командой F. При этом скорость перемещения связана со скоростями перемещения по осям как ${\displaystyle F={\sqrt {F_{x}^{2}+F_{y}^{2}+F_{z}^{2}}};\ }$ ${\displaystyle {\frac {\Delta L_{x}}{F_{x}}}={\frac {\Delta L_{y}}{F_{y}}}={\frac {\Delta L_{z}}{F_{z}}},\ }$ ${\displaystyle \Delta L_{x},\ \Delta L_{y},\ \Delta L_{z}\ }$ — приращения координат между кадрами; ${\displaystyle F_{x},\ F_{y},\ F_{z}\ }$ — скорости по осям.	G01 X0. Y0. Z100. F200.
G02	Круговая интерполяция по часовой стрелке, модальная команда. Инструмент перемещается по дуге окружности по часовой стрелке от исходной точки с координатами до исполнения команды в точку с заданными в команде координатами, скорость перемещения задаётся в этой команде параметром F, радиус дуги задаётся параметром R, либо указанием координат центра дуги параметрами I — (смещение центра по оси X относительно начальной координаты X), J — (смещение центра по оси Y относительно начальной координаты Y), К — (смещение центра по оси Z относительно начальной координаты Z) относительно начальных координат инструмента. Для указания плоскости, в которой производится круговая интерполяция, предварительно должна быть указана плоскость круговой интерполяции (в этом же или в другом предварительном кадре) модальной командой G17 (плоскость X-Y), или G18 (плоскость X-Z), или G19 (плоскость Y-Z). Скорость перемещения задана модальной командой F.	G02 G17 X15. Y15. R5. F200. или G02 G17 X20. Y15. I-50. J-60.
G03	Круговая интерполяция против часовой стрелки. Параметры и действие аналогичны команде G02.	G03 X15. Y15. R5. F200.
G04	Задержка выполнения программы, способ задания величины задержки зависит от реализации системы управления, P обычно задает паузу в миллисекундах, X — в секундах. В некоторых интерпретаторах P задает паузу в секундах и параметр X в этой команде не используется. Также в некоторых интерпретаторах возможно задание задержки параметром U.	G04 P500 или G04 X.5
G10	Переключение абсолютной системы координат. В примере начало координат станет в точке 10, 10, 10 старых координат.	G10 X10. Y10. Z10.
G15	Переход в полярную (цилиндрическую) систему координат. В этой системе параметр X задаёт радиус, а Y угол в градусах. Если включена абсолютная система координат (G90), то начало полярных координат будет в точке текущих координат 0; 0, если включена инкрементная система координат, то начало координат будет в точке, достигнутой при отработке предыдущего кадра.	G15 X15. Y22.5
G16	Отмена полярной системы координат	G16 X15. Y22.5
G17	Выбор рабочей плоскости X-Y	G17
G18	Выбор рабочей плоскости Z-X	G18
G19	Выбор рабочей плоскости Y-Z	G19
G20	Режим работы в дюймовой системе	G90 G20
G21	Режим работы в метрической системе	G90 G21
G22	Активировать установленный предел перемещений (Инструмент не выйдет за их предел)	G22 G01 X15. Y25.
G28	Вернуться на референтную точку	G28 G91 Z0 Y0
G30	Поднятие по оси Z на точку смены инструмента	G30 G91 Z0
G40	Отмена компенсации радиуса инструмента	G1 G40 X0. Y0. F200.
G41	Компенсировать радиус инструмента слева от траектории	G41 X15. Y15. D1 F100.
G42	Компенсировать радиус инструмента справа от траектории	G42 X15. Y15. D1 F100.
G43	Компенсировать длину инструмента в положительную сторону. В основном применяется при смене инструмента.	G43 X15. Y15. Z100. H1 S1000 M3
G44	Компенсировать длину инструмента в отрицательную сторону. Действие аналогично G43.	G44 X15. Y15. Z4. H1 S1000 M3
G49	Отмена компенсации длины инструмента	G49 Z100.
G50	Сброс всех масштабирующих коэффициентов в 1,0	G50
G51	Назначение масштабов. В примере — уменьшение масштаба по оси X в 10 раз. После этой модальной команды все указанные в командах перемещения и координаты по оси X будут умножаться на масштабирующий коэффициент 0,1 и результат интерпретироваться как требуемое перемещение. Если задать масштабирующий коэффициент по некоторой оси (или по любым осям) равным −1, то последующее движение будет зеркальным по этой оси (или осям, где масштабирующий коэффициент −1).	G51 X.1 или G51 X-1
G53	Переход в систему координат станка.	G53 G0 X0. Y0. Z0.
G54-G59	Переключиться на заданную оператором систему координат	G54 G0 X0. Y0. Z100.
G61-G64	Переключение режимов Точный Стоп/Постоянная скорость
G68	Поворот координат на нужный угол	G68 X0 Y0 R45.
G70	Цикл продольного чистового точения	G70 P10 Q15.
G71	Цикл многопроходного продольного чернового точения	G71 P10 Q15. D.5 U.2 W.5
G80	Отмена циклов сверления, растачивания, нарезания резьбы метчиком и т. д.	G80
G81	Цикл сверления	G81 X0 Y0. Z-10. R3. F100.
G82	Цикл сверления с задержкой	G82 X0. Y0. Z-10. R3. P100 F100.
G83	Цикл прерывистого сверления (с периодическим полным выводом сверла). Параметр Z указывает полную глубину сверления от поверхности (Z=0), R — высота вывода инструмента над поверхностью для вывода стружки и также конечное положение после завершения сверления, Q — величина заглубления одного из нескольких заглублений при сверлении, F — скорость подачи (необязательна, при отсутствии этого параметра скорость определяется ранее заданной скоростью в команде G1.	G83 Z-20 R1 Q2 f20
G84	Цикл нарезания резьбы	G95 G84 M29 X0. Y0. Z-10. R3 F1.411
G90	Задание абсолютных координат опорных точек траектории	G90 G1 X0.5. Y0.5. F10.
G91	Задание координат инкрементально относительно координат последней введённой опорной точки, перемещение инструмента в этой системе координат задаётся в виде приращений	G91 G1 X4. Y5. F100.
G94	F (подача) — в формате мм/мин	G94 G80 Z100. F75.
G95	F (подача) — в формате мм/об	G95 G84 X0. Y0. Z-10. R3 F1.411
G99	После каждого цикла не отходить на <проходную точку>	G99 G91 X10. K4.

Таблица технологических кодов

Технологические команды языка начинаются с буквы М (аббревиатура от слова Miscellaneous — дополнительный). Включают такие действия, как:

• Сменить инструмент
• Включить/выключить шпиндель
• Включить/выключить охлаждение
• Работа с подпрограммами

Вспомогательные (технологические) команды

Код	Описание	Пример
M00	Приостановить работу станка до нажатия кнопки <старт> на пульте управления, так называемая <безусловная технологическая остановка>	G0 X0 Y0 Z100 M0
M01	Приостановить работу станка до нажатия кнопки <старт>, если включён режим подтверждения остановки. Если этот режим отключён, то команда игнорируется. Используется для начальной проверки (отладки) кода.	G0 X0 Y0 Z100 M1
M02	Конец программы, без сброса модальных функций. Указатель номера кадра не изменяется.	M02
M03	Начать вращение шпинделя по часовой стрелке	M3 S2000
M04	Начать вращение шпинделя против часовой стрелки	M4 S2000
M05	Остановить вращение шпинделя	M5
M06	Сменить инструмент	T15 M6
M07	Включить дополнительное охлаждение	M3 S2000 M7
M08	Включить основное охлаждение. Иногда использование более одного M-кода в одной строке (как в примере) недопустимо, для этого используются M13 и M14	M3 S2000 M8
M09	Выключить охлаждение	G0 X0 Y0 Z100 M5 M9
M13	Включить одновременно охлаждение и вращение шпинделя по часовой стрелке	S2000 M13
M14	Включить одновременно охлаждение и вращение шпинделя против часовой стрелки	S2000 M14
M17	Возврат из подпрограммы или из макроса (действие аналогично М99)	M17
M48	Разрешить переопределять скорость подачи
M49	Запретить переопределение скорости подачи
M25	Замена инструмента вручную	M25
M97	Запуск подпрограммы, находящейся в той же программе (где P — номер кадра, в примере переход осуществится к строке с меткой N25), реализована не во всех интерпретаторах, предположительно — только на станках HAAS	M97 P25
M98	Запуск подпрограммы, находящейся отдельно от основной программы (где P — номер подпрограммы, в примере переход осуществится к программе O1015)	M98 P1015
M99	Конец подпрограммы и переход в вызвавшую программу	M99
M30	Конец программы, со сбросом модальных функций и изменением указателя номера кадра на начало программы.	M30

Параметры команд

Параметры команд задаются буквами латинского алфавита

Код	Описание	Пример
X	Перемещение инструмента в заданную точку с заданной координатой по оси X при работе в абсолютной системе координат (см. G90) или задание смещений относительно точки, достигнутой в предыдущем кадре при работе в инкрементной системе координат (см. G91)	G0 X100 Y0 Z0
Y	Аналогично Х по оси Y	G0 X0 Y100 Z0
Z	Аналогично Х по оси Z	G0 X0 Y0 Z100
P	При использовании в команде вызова подпрограммы (М98) — указание номера вызываемой подпрограммы с именем, заданным после буквы О, например Р301 вызовет подпрограмму с меткой О301. При использовании в команде задержки (G04) указывает время задержки в миллисекундах.	G04 P500; М98 Р301
О	Метка подпрограммы с указанным номером	О301
F	Линейная скорость перемещения инструмента. Для фрезерных станков это дюймы в минуту (IPM) или миллиметры в минуту (мм/мин), Для токарных станков это дюймы за оборот (IPR) или миллиметры за оборот (mm/об). Выбор единиц измерения, дюймы или миллиметры выполняется командами G20 и G21.	G1 G91 X10 F100
S	Частота вращения шпинделя в оборотах в минуту.	S3000 M3
Т	Указание номера инструмента в команде смены инструмента. Обычно указывается перед командой М6.	Т1 М6
R	Расстояние отвода инструмента в повторяющихся циклах обработки, например, прерывистого сверления глубоких отверстий (G81-G89) или радиус дуги при круговых интерполяциях перемещения инструмента (G02, G03).	G81 Z-20 R2 или G2 G91 X12.5 R12.5
D	Параметр коррекции радиуса выбранного инструмента	G1 G41 D1 X10. F150.
L	Число вызовов подпрограммы, число вызовов макроса, или количество циклов в повторяющихся операциях X_Y_R_ — параметры, передаваемые в макрос	M98 L82 P10 или G65 L82 P10 X_Y_R_
I	Указание смещения по оси X координаты центра дуги при круговой интерполяции перемещения инструмента (см G02, G03). Координаты центра дуги по осям указываются в виде смещения относительно начальной точки (достигнутой в предыдущем кадре). Плоскость интерполяции (плоскость, которая параллельна заданной координатной плоскости указывается командами G17, G18, G19.	G03 X10 Y10 I10 J0 F10
J	Аналогично параметру I для оси Y.	G03 X10 Y10 I0 J10 F10
K	Аналогично параметру I для оси Z.	G03 X10 Y10 I0 K0 F10

Пример

Гравировка буквы W. Красной ломаной линией показано движение инструмента от левой верхней точки.

Пример гравировка буквы W на глубину 2 мм, вписанной в прямоугольник 40×30 мм, (см. рисунок) на условном вертикально-фрезерном станке с ЧПУ в листовой заготовке. Торцевая фреза диаметром 2 мм^[4]:

% (метка начала программы, необязательна)
(ось Z настроена так, что при Z=0 инструмент касается поверхности заготовки)
O200 (метка программы, необязательна)
G21 G40 G49 G53 G80 G90 G17 (Строка безопасности.)
(Состояние станка или интерпретатора определяется предысторией, либо устанавливаются в  некоторое исходное состояние при включении питания, и эти настройки могут вызвать нежелательные и непредвиденные действия, поэтому необходимо привести станок в <исходное состояние> с помощью «строки безопасности».)
(G21 — выбор метрической системы единиц - миллиметры,)
(G40 — отменяет автоматическую коррекцию на радиус инструмента.)
(G49 — отменяет автоматическую коррекцию на длину инструмента.)
(G53 — отменяет возможно введённые ранее дополнительные системы координат, смещённые относительно исходной и переводит станок в основную систему координат.)
(G80 — отменяет все постоянные циклы, например, циклы сверления и их параметры.)
(G90 — переводит в абсолютную систему координат.)
(G17 — выбирается плоскость круговой интерполяции X-Y.)
G0 F300 (задание скорости холостого перемещения инструмента в мм/мин)
M3 S500 (включение вращения шпинделя по часовой стрелке и задание его скорости вращения 500 об/мин)
G4 P2000 (выдержка 2 секунды для раскрутки шпинделя)
X0 Y30 Z5 (подвод инструмента в точку с координатами X=0 Y=30 Z=5 со скоростью холостого перемещения)
G1 Z-2 F40 (врезание в заготовку на глубину 2 мм со скоростью 40 мм/мин)
G1 F20 X10 Y0 (фрезерование 1-го отрезка буквы W со скоростью 20 мм/мин)
X20 Y30 (фрезерование 2-го отрезка буквы W со скоростью 20 мм/мин)
X30 Y0 (фрезерование 3-го отрезка буквы W со скоростью 20 мм/мин)
X40 Y30 (фрезерование 4-го отрезка буквы W со скоростью 20 мм/мин)
G0 Z5 (отвод инструмента на высоту 5 мм над поверхностью заготовки со скоростью 300 мм/мин)
M5 (выключение вращения шпинделя)
M30 (конец программы и конец интерпретируемого кода)

См. также

• Металлорежущий станок
• Параметрическое программирование
• 3D-принтер