G代码基础：最重要的指令与CNC编程实战

G代码（G-code）是CNC机床的标准编程语言：一组告诉机床刀具往哪里走、走多快、沿什么路径运动的指令。本文从基础讲解G代码，提供带说明的G代码和M代码列表、逐行讲解的示例程序以及CNC编程的基本原则。G代码和M代码列表的PDF版本可在“下载”框中获取。

CNC用的G代码：什么是G-code

G代码是数控机床（CNC，Computer Numerical Control）的编程语言，用来编写控制刀具运动和机床功能的指令。其依据是ISO 6983和DIN 66025标准，它们为大多数控制系统规定了通用的标准G代码。

名称来自最重要指令开头的字母G，不过程序中还包含M、X、Y、Z、F、S和T等地址。G代码起源于20世纪50年代和RS-274标准；如今Fanuc、Siemens、Heidenhain以及开源的LinuxCNC都有各自的方言，但符合DIN 66025的核心是共通的。在CNC编程语言中，G代码就像自然语言中的英语。

G代码的目的很简单：把图纸上的几何形状变成规划好的刀具运动，以及主轴、冷却液和刀库的指令。CNC加工意味着机床由程序而不是手轮控制。编好的G代码第一次和第一千次运行完全一样，这使切削加工可重复，精密生产可预测。

CNC编程：CNC程序是如何产生的

CNC编程就是把零件的几何形状翻译成控制系统能理解的G代码指令。工艺人员规划工序和CNC刀具，然后编写包含刀具运动和机床功能的程序，经过仿真后程序送到机床，由操作者监控首件加工，确认无误后再进入批量生产。

CNC机床有三种编程方式。手工编程：程序员在编辑器中编写G代码，适合简单零件。机床上编程：对话式控制系统（Heidenhain Klartext、Mazatrol）根据表单生成代码。CAM编程：CNC软件和CAD/CAM系统根据三维模型计算刀具路径。无论哪种方式，结果都是同一个文本文件，所以读懂和修改G代码始终是操作CNC机床的核心能力。

G代码的结构：程序段、行与字

CNC程序是控制系统逐段读取的普通文本文件。每一行称为一个程序段，描述一个步骤：一次运动、一个机床功能或一项设置的改变。程序段由字组成，每个字由地址（字母）和数值构成，结构简单，便于阅读和修改，也方便在机床上直接编辑。

G代码指令N30 G01 X50.0 Y20.0 F200的意思是：第30段，以200 mm/min的进给速度直线运动到X=50、Y=20。它像句子一样从左往右读，随后伺服驱动以千分之一毫米级的精度执行运动。

解读G代码指令

熟悉地址就容易解读G代码指令：G选择运动类型或工作模式，M开关机床功能，X、Y、Z给出坐标，F为进给，S为主轴转速，T为刀具，N为程序段号。模态性很重要：大多数G指令一直有效，直到同组的另一条指令将其取消，所以一个G01之后，后面的程序段可以只写坐标。

坐标系与机床零点

机床零点是制造商设定的固定参考点，通常位于各轴行程的末端。机床每次开机和回参考点后都以它为基准建立坐标系。工件零点则是便于标注零件尺寸的零点，例如零件的某个角或孔的轴线。两者必须区分清楚，否则程序会在错误的位置加工。

由于机床零点离工件很远，因此使用零点偏置：G54-G59存储机床零点与工件零点之间的距离，在对刀时用测头测得。G53临时切换回机床坐标，G28返回参考点，较早的G92在程序中设定零点。G90按当前零点绝对编程，G91按当前位置增量编程。

混淆机床零点和工件零点，或者输错偏置值，都会导致废品或碰撞，所以开机前一定要检查程序设置。控制Z轴运动，先到安全高度再下刀，可以保护刀具和工件，因此回机床零点时要先编程Z轴。

最重要的G指令：刀具运动

最重要的G指令是四种运动，每一门CNC编程入门课都从它们开始。G00是快速移动，即在材料外定位CNC刀具；G01是按编程进给的直线运动；G02和G03是顺时针和逆时针圆弧插补。这些运动指令足以加工大多数轮廓，是读懂任何程序的基础。

借助圆弧插补，操作者无需计算就能铣出圆弧，而G01切削运动则引导刀具沿边缘移动。G04是暂停，例如在孔底停留。较少见的有G05和G06（高速加工、样条）、G07（虚拟轴）和G09（准确停止）：这些已取决于具体的控制系统和机床类型。

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G代码列表：CNC G代码及其功能

大多数控制系统的G代码列表包括几组：运动、单位与尺寸方式、零点、刀具补偿（G40-G43）、固定循环（G76-G87）以及进给方式（G94-G97）。下表列出符合ISO 6983和DIN 66025的G指令及说明。

刀具半径与长度补偿

G41和G42把路径偏移一个刀具半径，这样编程的是零件轮廓而不是刀具中心；G40取消补偿，G43加入刀具表中的长度补偿。刀具重磨后，只需修改刀具表中的一个数值。

钻孔与攻丝循环

钻孔循环把接近、钻削和退刀写在一个程序段里。G81用于浅孔，G82在孔底暂停，G83分段退刀以断屑。G84是刚性攻丝，G98和G99设定返回高度，G80结束循环。

单位、进给与主轴转速

G20和G21在英寸和毫米之间切换。G94和G95决定进给按每分钟还是每转计算，G96和G97属于车床：恒切削速度会随直径改变主轴转速。

M代码：CNC机床功能

M代码是这门语言的另一半：开关与几何无关的机床功能的指令，例如主轴、冷却液和换刀。所有CNC机床都能理解核心M代码，但M30以上的编号由制造商自由分配，因此其含义一定要查阅具体控制系统的说明书，不能想当然。

现代CNC机床配有刀库，所以换刀是自动的：程序段T05 M06无需操作者参与即可换上5号刀。

G代码示例：逐行讲解CNC程序

下面的示例程序有17个程序段：设定毫米、绝对尺寸和G54零点，用直径10 mm的铣刀沿矩形轮廓铣深2 mm，换刀后用G81循环钻一个孔，最后以M30结束。这是一个典型的铣床G代码程序，适合用来入门。

%
O0006 (PLATE 60x40)
N10 G21 G90 G54          (mm, absolute, G54)
N20 T01 M06              (end mill 10 mm)
N30 S3000 M03            (3000 rpm CW)
N40 G00 X-10.0 Y-10.0 Z5.0
N50 G01 Z-2.0 F100       (plunge 2 mm)
N60 G01 X70.0 F300       (bottom edge)
N70 Y50.0                (right side, G01 active)
N80 X-10.0               (top edge)
N90 Y-10.0               (back to start)
N100 G00 Z50.0           (retract)
N110 T02 M06             (drill 6 mm)
N120 S1500 M03
N130 G00 X30.0 Y20.0     (above hole)
N140 G81 Z-12.0 R2.0 F80 (drilling cycle)
N150 G80 G00 Z50.0       (end of cycle)
N160 M05 M09             (spindle, coolant off)
N170 M30                 (end of program)
%

这个简短的程序展示了最重要的内容：开头的设置、沿轮廓的刀具运动、固定循环以及规范的结束。它是学习G代码编程很好的机器代码示例。

生成G代码与验证NC代码

简单零件可以手写G代码，复杂形状则交给CAD/CAM系统：它们根据三维模型计算刀具路径，再由后处理器翻译成控制系统的方言。DraftSight G-Code Generator可从二维图纸生成程序，3D打印切片软件也会生成G代码。

无论来源如何，结果都是可以手工修改的文本文件。开机前最好在仿真软件中检查：NC代码的图形验证能发现碰撞和错误偏置，代价比断一把铣刀低得多。只有非常简单的程序才可以不经仿真直接运行；首件要降低进给加工。

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车床、铣床与激光切割：使用G代码的CNC加工

凡是需要可重复运动控制的地方，都由G代码控制运动。铣床和车床是传统的切削加工，但同一种语言也用于激光切割、等离子切割、水刀切割和磨床，甚至工业机器人和3D打印机，各自使用自己的方言和循环。

CNC机床的用途决定了使用哪些指令组：车床上以G96和车削循环为主，等离子切割机的运动只限于两个轴，加工中心则用到全部指令。为生产选择合适的CNC机床时，应检查控制系统和可用的后处理器。

CNC机床的潜力：机床优化与过程自动化

CNC机床的优化从代码开始：缩短G00空行程、合理安排工序顺序、减少换刀次数并匹配进给，无需任何投资就能把节拍时间缩短几十个百分点。CNC机床的全部潜力要靠过程自动化才能释放：棒料送料器、测头以及上下料机器人。

每节省一分钟主轴时间都有实际价值，详见CNC加工中最贵的一分钟。编程时间和主轴时间也直接体现在零件价格上，MetronQ的CNC自动报价正是基于这一原理，按工厂自行录入和校准的机床计算。

关于G代码的常见问题

CNC用的G代码和M代码有什么区别？

G代码指令描述几何形状和运动：刀具往哪里走、走多快、沿什么路径。M代码控制机床的装置：主轴、冷却液和刀库。例如G00和G01是快速移动和切削运动，M03启动主轴，M06换刀，M30结束程序。完整的CNC程序会交替使用这两类代码。

车床和铣床上的G代码一样吗？

不完全一样：核心是共通的（G00-G03、G90、G91），但车床在X和Z轴上工作，使用G96、G97和自己的车削循环，铣床则有钻孔循环和XY平面的半径补偿。铣床程序不经修改无法在车床上运行，即使控制系统是同一家制造商的也一样。

自动换刀是如何工作的？

像T03 M06这样的程序段让机床把当前刀具放回刀库并取出3号刀。控制系统同时加入刀具表中的长度补偿（G43），使每把刀在Z轴上都有正确的零点。因此一个程序可以在一次装夹中完成钻孔、铣削和攻丝，无需操作者干预。

主轴转速和进给由什么设定？

地址S设定主轴转速，例如S3000，M03或M04启动主轴。地址F设定进给速度，G94时单位为mm/min，G95时为mm/r。在车床上，G96使切削速度不随直径变化，G97恢复恒定转速。

有了CAD/CAM，做CNC加工还需要懂G代码吗？

需要，至少要能读懂。CAM系统会生成程序，但在机床上总有需要修改的地方：进给、零点偏置、程序段顺序。后处理器输出的是文本文件，懂G代码的操作者能在后处理错误造成断刀或废品之前发现它，这一点在批量生产中尤其重要。

程序层面的CNC机床优化有什么用？

用于缩短节拍时间、降低刀具成本：减少空行程和换刀次数，并让进给与材料相匹配。更短的G00路径和合理的工序顺序，无需投资就能把节拍时间缩短几十个百分点。在批量生产中，即使很小的程序改进也会乘以零件数量，回报非常可观。