Gコードはデジタルデザインを実物に変えるための言語です。何をするものなのか、どう動くのか、どこで使われるのか、そしてベクターファイルを安定した機械動作向けに最適化する実務フローまで解説します。
Gコード（Geometric Code）は、CNC機械を動かすための基本的なプログラミング言語です。デザインソフトは数式ベースのベクターや3Dメッシュを扱いますが、実際の加工機は、順序どおりに並んだ空間座標と、ハードウェアをどう動かすかという具体的な命令を必要とします。
Gコードはこのギャップを埋める役割を担います。複雑なデジタル形状を、直線移動、円弧移動、ツールのオンオフなどの具体的な機械命令に変換するのです。Gコードがなければ、ステッパーモーターやサーボを制御するマイコンは、SVGやSTLのような設計データを直接理解できず、物理的な加工は成立しません。
SVGは形状そのものを数式的に記述します。一方、Gコードはその形状を現実の中で再現するために、機械がどう順番に動くべきかを記述します。
Gコードは、直交座標系で動くほぼすべての機械を制御し、さまざまな加工フローで正確な物理結果を生み出しています。
Gコードの構文は、英数字で構成されたブロックを機械ファームウェアが順番に実行する仕組みです。たとえば `G1 X15.0 Y20.0 F1500 S200` のような命令は、いくつかの役割に分解して理解できます。
`G1 X15.0 Y20.0 F1500 S200` は、「制御された直線移動（G1）で X=15mm、Y=20mm へ進み、送り速度は1500mm/分、レーザーまたは主軸の出力値は200」と読むことができます。
複雑な形状に対して生のGコードを手書きするのは非効率です。現在の実務では、CAMソフトを使ってデジタルデータからツールパスを自動生成するのが一般的です。
まずは、ラスターピクセルではなく数式的なパスで構成されたSVGを用意します。クリーンで最適化されたSVGほど、最終的なGコードの品質も高くなります。
プロッター向けCAMソフトはSVGのパスを解析し、ペンアップ移動を最小限にするよう順序を並べ替えます。これにより、無駄で不規則な移動を減らせます。
最適化済みベクターはG1座標列に変換されます。つながっていない線分の間では、ペンを上げ下げするためにMコードやZ軸動作が挿入されます。
Gコード送信ソフトが完成したファイルをプロッターのマイコン（多くはGRBL系）へストリーミングし、ステッパーモーター用の電気パルスへ変換します。
レーザー彫刻では、CAMソフトが切断用のベクター境界と、濃淡表現用のラスター画像を処理します。走行を止めずにレーザーのS値を高速で変化させる動的なGコードを生成し、グレースケールの濃淡を再現します。
3Dプリントや切削CAMでは、スライサーやCAMソフトが3次元ツールパスを計算し、材料除去量や樹脂吐出量を求めながら、加速度制御やツール交換手順まで出力ファイルに組み込みます。
入力SVGがきれいであるほど、生成されるGコードも高品質になります。ノード数が少なく、重複パスがなく、順序が整理されたSVGは、より滑らかで速く、安定した機械動作につながります。
Gコードは、産業機械メーカー間で完全に統一されているわけではありません。Haasのマシニングセンタ、Fanuc旋盤、オープンソースのGRBLプロッターでは、同じような命令でも解釈や必要な前提が異なります。
そのため、実務用CAMソフトは専用のポストプロセッサーを使います。これは、生のツールパスデータを各コントローラーが要求する正確な構文へ変換するスクリプトです。ポストプロセッサーを適切に合わせることで、手作業のコード修正やトラブルシュートなしに安定した実行が可能になります。
Klipper、Marlin、GRBLのようなファームウェアは、Gコードをそのまま即時実行しているわけではありません。内部ではモーションプランナーを通して命令を処理しています。
高速で方向が変わる場面では、物理法則に従った加速度制御や接続点での減速計算が必要です。現代のコントローラーは、実行中の動作より先の数百行先までGコードを読み込んで解析します。
この先読み処理によって、これから現れる形状を見越した連続的で最適な速度プロファイルが計算され、カクつき、ステップ抜け、複雑な曲線での共振を防ぎます。
Gコードが滑らかな円弧ではなく、非常に細かい直線セグメントの集まりになっていると、メモリの少ないマイコンでは命令処理が追いつかなくなります。その結果、動きがカクつき、速度が不安定になり、仕上がり面も悪化します。
一般的なベクター曲線（ベジェ曲線やスプライン）をCAMへ渡す際、多くの場合は非常に細かな直線群（G1命令）へ分割されます。これによってファイルサイズが膨らみ、メモリの少ないマイコンでは処理負荷が高くなり、転送や解析の詰まりで動作が不安定になります。
実務向けの最適化では、アークフィッティングを使って連続曲線を数学的に認識し、何百もの直線セグメントを1つのG2またはG3命令に置き換えます。
これによりファイルサイズは大幅に減り、機械は速度を保ったまま滑らかに動けるようになり、実際の曲線品質も向上します。
複雑な曲線パスでは、G1直線命令が500行ほど生成されることがあります。アークフィッティングを使えば、同じ形状を5〜10個のG2/G3命令で表現でき、ファイルサイズや解析負荷を50〜100分の1程度まで減らせる場合があります。
ビジュアル素材を機械実行用のGコードへつなげるには、変換工程の精度が重要です。Pixel2Linesは、デジタル画像と実加工のあいだをつなぐ変換に特化しています。
ペンプロッター、レーザー彫刻機、CNC機械のいずれを使う場合でも、Pixel2Linesの変換ツールは制作フローを最適化するよう設計されています。出力されるSVGは、実機環境での運用を前提にした高性能な変換結果です。
CNC、レーザー、ペンプロッターで安定したGコードにつながる、クリーンで最適化されたベクターファイルを生成できます。
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