Der komplette G-Code-Leitfaden: Vom Anfänger zum Profi

Was ist G-Code?

G-Code (Geometrischer Code) ist die Klartextsprache, die CNC-Maschinen steuert. Jede Datei – typischerweise.gcode,.nc oder.cnc – ist eine Folge von Anweisungen, die der Maschine sagen, wohin sie sich bewegen soll, wie schnell und wann sie ihr Werkzeug aktivieren soll. Die Linien werden einzeln von oben nach unten ausgeführt.

Betrachten Sie Ihr Design als Blaupause und G-Code als Turn-by-Turn-Navigation. Ein 3D-Drucker kann einen JPG nicht verarbeiten. Ein Stiftplotter weiß nicht, wie der Buchstabe „A“ aussieht. G-Code löst dieses Problem, indem es jede Form in elementare Bewegungen – gerade Linien, Bögen und Befehle zum Ein- und Ausschalten von Werkzeugen – zerlegt, die jeder Motion Controller zuverlässig ausführen kann.

Der Standard geht auf das MIT in den 1950er Jahren zurück, wurde 1963 als RS-274 formalisiert und 1982 international als ISO 6983 veröffentlicht. Trotz seines Alters bleibt G-Code die universelle Sprache der Fertigung – vom Hobby-Desktopdrucker bis zur industriellen Fünf-Achsen-Fräsmaschine.

Wo wird G-Code verwendet?

• Stiftplotter (AxiDraw, HP 7475A, DIY GRBL): Bewegt einen physischen Stift über das Papier, um Vektorgrafiken zu reproduzieren – einer der zugänglichsten Einstiegspunkte in G-Code für Künstler und Maker.
• Lasergravierer und -schneider: Lenken den Strahl und modulieren gleichzeitig die Leistung, um Bilder in Holz zu brennen oder Formen aus Acryl auszuschneiden.
• FDM-3D-Drucker (Prusa, Creality, Bambu Lab): Koordiniert den Druckkopf über X, Y, Z, während das Filament zugeführt wird, und baut Objekte Schicht für Schicht auf.
• CNC Oberfräsen und Fräser: Führt ein rotierendes Schneidwerkzeug zum Schnitzen, Taschenfräsen und Profilieren durch das Material.
• CNC Drehmaschinen, Plasmaschneider, Wasserstrahl- und Drahterodiermaschinen: Alle verwenden G-Code oder eine ähnliche Ableitung.

Die Anatomie einer G-Code-Datei

Jede Zeile (Block genannt) ist eine vollständige Anweisung. Die Maschine merkt sich ihren Status zwischen den Zeilen – eine in Zeile 10 eingestellte Vorschubgeschwindigkeit bleibt in Zeile 200 aktiv, sofern Sie sie nicht ändern. Dies wird als modaler Zustand bezeichnet.

Hier ist ein Stiftplotterprogramm, das ein 50×50mm-Quadrat zeichnet:

G21 ; millimeters

G90; absolute Positionierung

G0 Z5.0 ; lift pen

G0 X0 Y0 ; move to origin

M3 S1000 ; pen down

G1 X50.0 Y0 F2000

G1 X50.0 Y50.0

G1 X0 Y50.0

G1 X0 Y0

M5 ; pen up

M2 ; end

Aufschlüsselung G1 X50.0 Y25.3 F1500: G1 = eine gerade Linie zeichnen, X50.0 Y25.3 = Ziel, F1500 = 1500 mm/min. Beachten Sie, dass G1 nur einmal vorkommt – jede folgende Koordinatenlinie verwendet es automatisch wieder, bis Sie G0 oder einen anderen Bewegungsbefehl schreiben. Alles, was nach einem Semikolon steht, ist ein Kommentar, der von der Maschine ignoriert wird.

Grundlegende G-Code-Befehle

Diese Befehle funktionieren in nahezu jeder Firmware – vom Hobby-Firmware-Gerät GRBL bis zum Industrie-Firmware-Gerät Fanuc.

• G0 – Rapid Move: Neupositionierung so schnell, wie es die Maschine zulässt. Niemals mit aktivem Laser oder aktiver Spindel verwenden.
• G1 – Lineare Bewegung: Zeichnen oder schneiden Sie eine gerade Linie mit der eingestellten Vorschubgeschwindigkeit (F). Der primäre Befehl für alle CNC-Arbeiten.
• G2 / G3 – Bogen im Uhrzeigersinn/gegen den Uhrzeigersinn: Erzeugen Sie glatte Kurven in einem einzigen Befehl mit I/J-Mittenversätzen oder R-Radius. Ein G2/G3 ersetzt Dutzende winziger G1-Segmente.
• G4 – Verweilen: Pause für eine festgelegte Zeit. ⚠ P-Einheit variiert: GRBL = Sekunden (G4 P1,5 = 1.5s), Marlin = Millisekunden (G4 P1500 = 1.5s).
• G20 / G21 – Zoll-/Millimeter-Einheiten. Legen Sie dies immer am Anfang jeder Datei fest.
• G28 – Alle Achsen in den Ausgangszustand versetzen. Das Verhalten variiert je nach Firmware – überprüfen Sie es immer vor der Verwendung.
• G90 / G91 – Absolute / Relative Positionierung. G90 ist die Standardeinstellung; G91 macht jede Koordinate relativ zur aktuellen Position.
• G92 – Aktuelle Position als Ursprung festlegen, ohne sie zu verschieben. Wird verwendet, um einen Arbeitsursprung während der Arbeit zu definieren.
• M3 S[value] – Werkzeug ein: feuert den Laser ab, dreht die Spindel oder senkt den Stiftservo. S steuert Leistung, Drehzahl oder Servowinkel.
• M5 – Werkzeug aus. Vor jeder schnellen Fahrt immer einschalten.
• M104 / M109 – Hotend-Temperatur einstellen (3D-Druck). M109 wartet, bis das Ziel erreicht ist, bevor es fortfährt.
• M140 / M190 – Betttemperatur einstellen (3D-Druck). M190 wartet – vor Beginn des Druckvorgangs verwenden.
• F – Vorschubgeschwindigkeit in mm/min. Modal: bleibt bestehen, bis Sie es ändern.
• S – Leistung oder Geschwindigkeit: Laserleistung (0–1000 bei GRBL), Spindeldrehzahl oder Servowinkel.
• E – Extruder-Filamentabstand (nur 3D-Druck).
• I, J – Bogenmittelpunktversatz von der aktuellen Position, verwendet mit G2 und G3.

SVG bis G-Code: Was tatsächlich passiert

SVG-Pfade verwenden Bézier-Kurven, Bögen und gerade Linien. G1 zeichnet nur gerade Linien – daher müssen Konverter die Lücke auf zwei Arten schließen:

Durch die Facettierung werden Kurven in viele kleine gerade Segmente unterteilt. Glattere Kurven erfordern kürzere Segmente, was zu größeren Dateien und möglicherweise zu Bewegungsruckeln führt, wenn der Befehlspuffer der Maschine nicht mithalten kann.

Die Bogenanpassung ist intelligenter: Sie erkennt, wenn eine Reihe kurzer Segmente zusammen einen Kreis bilden, und ersetzt die gesamte Gruppe mit einem einzigen G2- oder G3-Befehl. Ein Kreis, der 360 G1-Linien benötigt, wird zu einer Linie von G-Code. Die Dateien werden um bis zu 90 % schrumpfen, die Bewegung ist vollkommen gleichmäßig und die Maschine behält im gesamten Bogen eine kontinuierliche Geschwindigkeit bei. Nicht alle GRBL-Builds unterstützen G2/G3 – prüfen Sie dies vor der Aktivierung.

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

Kernbewegungsbefehle (G0, G1, G2, G3) funktionieren überall. Alles andere – Startsequenzen, Werkzeugwechsel, Kommentarsyntax – variiert je nach Firmware-Familie. Der Betrieb von G-Code mit der falschen Steuerung auf einer professionellen CNC-Maschine führt nicht nur zu einer falschen Ausgabe, sondern kann auch zu einem schnellen Aufprall auf das Werkstück führen.

• GRBL: Dominante Firmware für Hobby-Stiftplotter, Lasergravierer und kleine CNC-Router. Arduino-basiert, weithin von Konvertern und CAM-Tools unterstützt.
• Marlin: dominant für FDM-3D-Drucker. Fügt zusätzlich zu den Standardbewegungsbefehlen Extrudersteuerung, Temperatur-M-Codes und Bettnivellierung hinzu.
• Klipper: moderne 3D-Drucker-Firmware, die auf einem Raspberry Pi läuft. Ermöglicht Eingabeformung und höhere Druckgeschwindigkeiten, die auf Marlin mit derselben Hardware nicht erreichbar sind.
• Smoothieware: 32-Bit-ARM-Firmware für Lasergravierer der Mittelklasse und CNCs – mehr Rechenleistung als der Arduino-basierte GRBL.
• Fanuc: weltweit dominierender industrieller CNC-Controller. Beinhaltet vorgefertigte Zyklen (G81–G89) und Makroprogrammierung.
• Siemens Sinumerik / Heidenhain / Haas: Europäische und US-amerikanische Industriesteuerungen mit eigenen Dialekten. Ein Postprozessor Fanuc läuft auf einer Sinumerik-Maschine nicht korrekt.

Konvertieren von Fotos in plottbare Pfade

Fotos enthalten nur Pixel – keine Pfaddaten. Bevor ein Foto geplottet oder vektorgraviert werden kann, muss es in SVG konvertiert werden. Gängige Ansätze:

• Linienzeichnung: Extrahiert die Umrisse und Strukturkanten 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 wunderschön an traditionelle Gravuren und Plots.
• Tupfen: Ordnet die Helligkeit der Punktdichte zu. Jeder Punkt ist eine kurze Stiftberührung oder Laserverweildauer – ähnlich einer pointillistischen Illustration.
• Konturkartierung: Behandelt die Leuchtkraft wie eine Höhe und zeichnet konzentrische Linien an Helligkeitsschwellenwerten. Erzeugt fließende, organische Ergebnisse aus Fotos.
• Algorithmische Stile (Voronoi, Strömungsfelder, Wellenmuster): mathematische Transformationen, moduliert durch die Bildhelligkeit, für abstrakte, aber erkennbare maschinengezeichnete Kunst.

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

Pixel2Lines wandelt Ihr Foto in ein sauberes, maschinenbereites SVG in professionellen Stilen um, die für Stiftplotter und Lasergravierer entwickelt wurden – Strichzeichnung, Schraffur, Punktierung und mehr. Ausgabepfade sind als diskrete Striche strukturiert, wodurch das Anheben des Stifts und die Reisezeit minimiert werden.

Sobald Sie SVG haben, generiert der Dienst SVG-to-G-Code die endgültige Datei mit Maschinenprofileinstellungen, Preflight-Prüfungen und einem Vorschauartefakt.

Diese zweistufige Pipeline – Foto zu SVG über Pixel2Lines, SVG zu G-Code über den Dienst – führt Sie von einer Rasterquelle zu einer maschinell vorbereiteten Laser- oder Plotterdatei, ohne dass Sie G-Code von Hand schreiben müssen.

Häufige Probleme und Lösungen

• Zeichnung wird gespiegelt: SVG Y steigt nach unten; G-Code Y steigt nach oben. Aktivieren Sie die Y-Achsen-Invertierung in Ihrem Konverter.
• Falsche Ausgabegröße: DPI-Nichtübereinstimmung. Illustrator = 72, altes Inkscape = 90, moderne Tools = 96. Passen Sie die DPI des Konverters an Ihre Quell-App an oder definieren Sie SVG-Abmessungen in Millimetern.
• Maschine stottert durch Kurven: Zu viele kleine Segmente überlaufen den Bewegungspuffer. Aktivieren Sie die Bogenanpassung, erhöhen Sie die Linearisierungstoleranz oder verringern Sie die Vorschubgeschwindigkeit.
• Stift zieht und hebt sich nie: Der Befehl M5 fehlt oder der Z-Abstand ist zu gering, um ihn physisch vom Papier abzuheben.
• Der Job dauert viel länger als erwartet: Schlechte Pfadreihenfolge. Sortieren Sie die Pfade mit vpype neu, bevor Sie G-Code neu generieren.
• Die Maschine bewegt sich beim Start an die falsche Position: Der Arbeitsursprung ist nicht festgelegt. Gehen Sie zurück zur Ausgangsposition, bewegen Sie sich zum vorgesehenen Nullpunkt und führen Sie vor dem Start G92 X0 Y0 aus.