Der vollständige G-Code-Leitfaden: Vom Einsteiger zum Profi

Was ist G-Code?

G-Code (Geometrischer Code) ist die Klartextsprache, die CNC-Maschinen steuert. Jede Datei – typischerweise mit den Endungen .gcode, .nc oder .cnc – ist eine Abfolge von Anweisungen, die der Maschine mitteilt, wohin sie sich bewegen soll, wie schnell und wann das Werkzeug aktiviert wird. Die Zeilen werden von oben nach unten, eine nach der anderen, ausgeführt.

Stellen Sie sich Ihr Design als den Bauplan vor – und G-Code als die Navigation, die Schritt für Schritt dorthin führt. Ein 3D-Drucker kann kein JPG verarbeiten. Ein Pen-Plotter weiß nicht, wie der Buchstabe »A« aussieht. G-Code löst dieses Problem, indem er jede Form in elementare Bewegungen zerlegt – gerade Linien, Bögen und Ein/Aus-Befehle für das Werkzeug –, die jede Maschinensteuerung zuverlässig ausführen kann.

Der Standard geht auf das MIT der 1950er-Jahre zurück, wurde 1963 als RS-274 formalisiert und 1982 international als ISO 6983 veröffentlicht. Trotz seines Alters ist G-Code nach wie vor die universelle Sprache der Fertigung – vom Hobby-Desktop-Drucker bis zur industriellen Fünf-Achs-Fräsmaschine.

Wo wird G-Code eingesetzt?

• Pen-Plotter (AxiDraw, HP 7475A, DIY GRBL): Bewegt einen echten Stift über Papier, um Vektorgrafiken zu reproduzieren – einer der zugänglichsten Einstiege in G-Code für Künstler und Maker.
• Laser-Engraver und Laserschneider: Steuert den Strahl und moduliert dabei die Leistung, um Bilder in Holz einzubrennen oder Formen aus Acryl auszuschneiden.
• FDM-3D-Drucker (Prusa, Creality, Bambu Lab): Koordiniert den Druckkopf auf der X-, Y- und Z-Achse, während Filament zugeführt wird, und baut Objekte Schicht für Schicht auf.
• CNC-Router und -Fräsen: Führt ein rotierendes Schneidwerkzeug durch das Material für Gravuren, Taschen und Konturschnitte.
• CNC-Drehmaschinen, Plasmaschneider, Wasserstrahl- und Drahterodiermaschinen: Alle verwenden G-Code oder eine eng verwandte Variante.

Der Aufbau einer G-Code-Datei

Jede Zeile (als Block bezeichnet) ist eine vollständige Anweisung. Die Maschine merkt sich ihren Zustand zwischen den Zeilen – ein Vorschub, der in Zeile 10 gesetzt wurde, bleibt bis Zeile 200 aktiv, sofern er nicht geändert wird. Dies nennt sich modaler Zustand.

Hier ein Pen-Plotter-Programm, das ein 50×50 mm großes Quadrat zeichnet:

G21 ; Millimeter

G90 ; Absolutpositionierung

G0 Z5.0 ; Stift anheben

G0 X0 Y0 ; Zum Ursprung fahren

M3 S1000 ; Stift absenken

G1 X50.0 Y0 F2000

G1 X50.0 Y50.0

G1 X0 Y50.0

G1 X0 Y0

M5 ; Stift anheben

M2 ; Ende

Aufschlüsselung von G1 X50.0 Y25.3 F1500: G1 = gerade Linie zeichnen, X50.0 Y25.3 = Zielposition, F1500 = 1500 mm/min. Beachten Sie, dass G1 nur einmal erscheint – jede folgende Koordinatenzeile verwendet diesen Befehl automatisch weiter, bis Sie G0 oder einen anderen Bewegungsbefehl schreiben. Alles nach einem Semikolon ist ein Kommentar und wird von der Maschine ignoriert.

Wichtige G-Code-Befehle

Diese Befehle funktionieren auf nahezu allen Firmware-Varianten – von GRBL im Hobbybereich bis zur industriellen Fanuc-Steuerung.

• G0 — Eilfahrt: Positionierung so schnell wie möglich. Niemals mit aktivem Laser oder laufender Spindel verwenden.
• G1 — Linearfahrt: Zeichnet oder schneidet eine gerade Linie mit dem eingestellten Vorschub (F). Der primäre Befehl für alle CNC-Arbeiten.
• G2 / G3 — Bogen im Uhrzeigersinn / Gegenuhrzeigersinn: Erzeugt glatte Kurven in einem einzigen Befehl mithilfe von I/J-Mittelpunkt-Offsets oder dem R-Radius. Ein G2/G3-Befehl ersetzt Dutzende kleiner G1-Segmente.
• G4 — Verweilzeit: Pause für eine festgelegte Zeitspanne. ⚠ Die P-Einheit variiert: GRBL = Sekunden (G4 P1.5 = 1,5 s), Marlin = Millisekunden (G4 P1500 = 1,5 s).
• G20 / G21 — Zoll / Millimeter. Immer am Anfang jeder Datei setzen.
• G28 — Alle Achsen referenzieren. Das Verhalten variiert je nach Firmware – immer vor der Verwendung prüfen.
• G90 / G91 — Absolut- / Relativpositionierung. G90 ist der Standard; G91 macht jede Koordinate relativ zur aktuellen Position.
• G92 — Aktuelle Position als Ursprung setzen, ohne zu verfahren. Dient dazu, einen Werkstückursprung mitten im Auftrag zu definieren.
• M3 S[Wert] — Werkzeug ein: Laser auslösen, Spindel starten oder Stift per Servo absenken. S steuert Leistung, Drehzahl oder Servowinkel.
• M5 — Werkzeug aus. Immer vor einer Eilfahrt einfügen.
• M104 / M109 — Hotend-Temperatur setzen (3D-Druck). M109 wartet, bis die Zieltemperatur erreicht ist, bevor der nächste Befehl ausgeführt wird.
• M140 / M190 — Betttemperatur setzen (3D-Druck). M190 wartet – vor Druckbeginn verwenden.
• F — Vorschub in mm/min. Modal: bleibt aktiv, bis er geändert wird.
• S — Leistung oder Geschwindigkeit: Laserleistung (0–1000 bei GRBL), Spindeldrehzahl oder Servowinkel.
• E — Extruder-Filamentdistanz (nur 3D-Druck).
• I, J — Bogenmittelpunkt-Offsets von der aktuellen Position, verwendet mit G2 und G3.

SVG zu G-Code: Was wirklich passiert

SVG-Pfade verwenden Bézierkurven, Bögen und gerade Linien. G1 zeichnet ausschließlich gerade Linien – daher müssen Konverter die Lücke auf zwei Arten überbrücken:

Facettierung zerlegt Kurven in viele kleine gerade Segmente. Je glatter die Kurve, desto kürzer müssen die Segmente sein – das bedeutet größere Dateien und potenzielles Stocken der Bewegung, wenn der Befehlspuffer der Maschine nicht mithalten kann.

Bogenanpassung ist der intelligentere Ansatz: Der Konverter erkennt, wenn eine Folge kurzer Segmente gemeinsam einen Kreis ergibt, und ersetzt die gesamte Gruppe durch einen einzigen G2- oder G3-Befehl. Ein Kreis, der sonst 360 G1-Zeilen benötigt, wird zu einer einzigen Zeile G-Code. Dateien schrumpfen um bis zu 90 %, die Bewegung ist perfekt gleichmäßig, und die Maschine hält durch den Bogen eine konstante Geschwindigkeit. Nicht alle GRBL-Builds unterstützen G2/G3 – vor der Aktivierung prüfen.

G-Code-Dialekte: Warum eine Datei nicht für alle Maschinen passt

Die grundlegenden Bewegungsbefehle (G0, G1, G2, G3) funktionieren überall. Alles andere – Startsequenzen, Werkzeugwechsel, Kommentarsyntax – variiert je nach Firmware-Familie. G-Code von der falschen Steuerung auf einer professionellen CNC-Maschine auszuführen, liefert nicht nur falsche Ergebnisse – es kann dazu führen, dass die Maschine direkt in das Werkstück einfährt.

• GRBL: die meistgenutzte Firmware für Hobby-Pen-Plotter, Laser-Engraver und kleine CNC-Router. Arduino-basiert und von Konvertern sowie CAM-Tools breit unterstützt.
• Marlin: die führende Firmware für FDM-3D-Drucker. Ergänzt Standard-Bewegungsbefehle um Extrudersteuerung, Temperatur-M-Codes und Bettnivellierung.
• Klipper: moderne 3D-Drucker-Firmware, die auf einem Raspberry Pi läuft. Ermöglicht Input Shaping und höhere Druckgeschwindigkeiten, die mit derselben Hardware unter Marlin nicht erreichbar sind.
• Smoothieware: 32-Bit-ARM-Firmware für mittelklassige Laser-Engraver und CNC-Maschinen – mehr Rechenleistung als Arduino-basiertes GRBL.
• Fanuc: weltweit weit verbreitete industrielle CNC-Steuerung. Enthält Festzyklen (G81–G89) und Makroprogrammierung.
• Siemens Sinumerik / Heidenhain / Haas: europäische und nordamerikanische Industriesteuerungen mit eigenen Dialekten. Ein Fanuc-Postprozessor läuft auf einer Sinumerik-Maschine nicht korrekt.

Fotos in plottbare Pfade umwandeln

Fotos enthalten nur Pixel – keine Pfaddaten. Bevor ein Foto geplottet oder als Vektorgrafik graviert werden kann, muss es in SVG umgewandelt werden. Gängige Ansätze:

• Liniengrafik-Tracing: Extrahiert die Umrisse und strukturellen Kanten des Motivs als SVG-Pfade. Am besten geeignet für Logos, Porträts und Illustrationen mit klaren Konturen.
• Schraffur / Kreuzschraffur: Ordnet die Bildhelligkeit der Liniendichte zu – dunklere Bereiche erhalten dichter gepackte Linien. Die Ergebnisse erinnern an klassische Kupferstiche und sehen beim Plotten hervorragend aus.
• Stippling (Punktiertechnik): Ordnet die Helligkeit der Punktdichte zu. Jeder Punkt ist ein kurzer Stiftaufsetzer oder Laser-Verweilmoment – vergleichbar mit pointillistischer Illustration.
• Konturkartierung: Behandelt die Bildhelligkeit wie Höhenlinien und zeichnet konzentrische Linien an Helligkeitsschwellen. Erzeugt fließende, organische Ergebnisse aus Fotos.
• Algorithmische Stile (Voronoi, Strömungsfelder, Wellenmuster): Mathematische Transformationen, moduliert durch die Bildhelligkeit, für abstrakte, aber erkennbare maschinengezeichnete Grafiken.

Die vollständige Pipeline: Foto → SVG → G-Code mit Pixel2Lines

Pixel2Lines wandelt Ihr Foto in ein sauberes, maschinenfertig aufbereitetes SVG um – in professionellen Stilen, die speziell für Pen-Plotter und Laser-Engraver entwickelt wurden: Linienzeichnung, Schraffur, Stippling und mehr. Die Ausgabepfade sind als einzelne Striche strukturiert, um Stifthübe und Fahrwege zu minimieren.

Sobald Sie das SVG haben, generiert der SVG-zu-G-Code-Konverter die endgültige Datei – mit voller Kontrolle über Vorschub, Stifthub-Höhe, Laserleistung und Pfadsortierung.

Diese zweistufige Pipeline – Foto zu SVG über Pixel2Lines, SVG zu G-Code über den Konverter – führt Sie von einem beliebigen Foto zu einer maschinenfertigen Datei, ohne Kenntnisse in Vektordesign oder G-Code vorauszusetzen.

Häufige Probleme und Lösungen

• Zeichnung ist gespiegelt: SVG-Y wächst nach unten; G-Code-Y nach oben. Y-Achsen-Invertierung im Konverter aktivieren.
• Falsche Ausgabegröße: DPI-Diskrepanz. Illustrator = 72, älteres Inkscape = 90, moderne Tools = 96. Konverter-DPI an Ihre Quellanwendung anpassen – oder SVG-Abmessungen direkt in Millimetern definieren.
• Maschine stockt bei Kurven: Zu viele kleine Segmente überlasten den Bewegungspuffer. Bogenanpassung aktivieren, Linearisierungstoleranz erhöhen oder Vorschub verringern.
• Stift schleift und hebt nie ab: M5-Befehl fehlt, oder die Z-Freigabe ist zu gering, um physisch vom Papier abzuheben.
• Auftrag dauert viel länger als erwartet: Schlechte Pfadsortierung. Pfade mit vpype neu sortieren, bevor der G-Code neu generiert wird.
• Maschine fährt zu Beginn an die falsche Position: Werkstückursprung nicht gesetzt. Neu referenzieren, zur gewünschten Startposition fahren und G92 X0 Y0 vor dem Start ausführen.