คู่มือ G-Code ฉบับสมบูรณ์: ตั้งแต่ระดับเริ่มต้นจนถึงมืออาชีพ

G-Code คืออะไร?

G-Code (รหัสเรขาคณิต) เป็นภาษาข้อความธรรมดาที่ขับเคลื่อนเครื่อง CNC แต่ละไฟล์ ซึ่งโดยทั่วไปคือ.gcode,.nc หรือ.cnc คือลำดับคำสั่งที่บอกให้เครื่องจักรทราบว่าจะต้องเคลื่อนที่ไปที่ใด เร็วแค่ไหน และเมื่อใดที่จะเปิดใช้งานเครื่องมือ เส้นดำเนินการจากบนลงล่างทีละรายการ

คิดว่าการออกแบบของคุณเป็นพิมพ์เขียวและ G-Code เป็นการนำทางแบบเลี้ยวต่อเลี้ยว เครื่องพิมพ์ 3D ไม่สามารถประมวลผล JPG ได้ ผู้เขียนปากกาไม่รู้ว่าตัวอักษร 'A' มีลักษณะอย่างไร G-Code แก้ปัญหานี้ด้วยการแยกรูปร่างใดๆ ให้เป็นการเคลื่อนไหวเบื้องต้น ไม่ว่าจะเป็นเส้นตรง ส่วนโค้ง และคำสั่งเปิด/ปิดเครื่องมือ ซึ่งตัวควบคุมการเคลื่อนไหวใดๆ ก็สามารถดำเนินการได้อย่างน่าเชื่อถือ

มาตรฐานนี้ย้อนกลับไปที่ MIT ในทศวรรษปี 1950 โดยกำหนดอย่างเป็นทางการเป็น RS-274 ในปี 1963 และเผยแพร่ในระดับสากลเป็น ISO 6983 ในปี 1982 แม้ว่า G-Code จะมีอายุมาก แต่ก็ยังคงเป็นภาษาสากลในการผลิต ตั้งแต่เครื่องพิมพ์เดสก์ท็อปสำหรับมือสมัครเล่นไปจนถึงโรงงานอุตสาหกรรมแบบห้าแกน

G-Code ใช้ที่ไหน?

• พล็อตเตอร์ปากกา (AxiDraw, HP 7475A, DIY GRBL): ย้ายปากกาบนกระดาษเพื่อสร้างอาร์ตเวิร์กแบบเวกเตอร์ ซึ่งเป็นหนึ่งในจุดเริ่มต้นที่เข้าถึงได้มากที่สุดใน G-Code สำหรับศิลปินและผู้สร้าง
• เครื่องแกะสลักและเครื่องตัดเลเซอร์: ควบคุมลำแสงในขณะที่ปรับกำลังเพื่อเบิร์นภาพลงบนไม้หรือตัดรูปทรงจากอะคริลิก
• เครื่องพิมพ์ 3 มิติ FDM (Prusa, Creality, Bambu Lab): ประสานหัวพิมพ์ทั่วทั้ง X, Y, Z ในขณะที่ป้อนเส้นใย สร้างวัตถุทีละชั้น
• เราเตอร์และโรงสี CNC: ควบคุมเครื่องมือตัดแบบหมุนผ่านวัสดุสำหรับการแกะสลัก การเจาะรู และการขึ้นรูป
• เครื่องกลึง CNC เครื่องตัดพลาสม่า วอเตอร์เจ็ท และ Wire EDM: ทั้งหมดใช้ G-Code หรืออนุพันธ์ที่ใกล้เคียง

กายวิภาคของไฟล์ G-Code

แต่ละบรรทัด (เรียกว่าบล็อก) คือคำสั่งที่สมบูรณ์หนึ่งคำสั่ง เครื่องจักรจะจดจำสถานะระหว่างบรรทัด — อัตราป้อนที่ตั้งไว้ที่บรรทัด 10 จะยังคงทำงานอยู่ที่บรรทัด 200 เว้นแต่คุณจะเปลี่ยนแปลง สิ่งนี้เรียกว่าสถานะโมดอล

นี่คือโปรแกรมพล็อตเตอร์ปากกาที่วาดรูปสี่เหลี่ยมจัตุรัส 50×50mm:

G21 ; millimeters

G90; ตำแหน่งที่แน่นอน

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

การแยกย่อย G1 X50.0 Y25.3 F1500: G1 = วาดเส้นตรง, X50.0 Y25.3 = ปลายทาง, F1500 = 1500 mm/นาที โปรดสังเกตว่า G1 ปรากฏขึ้นเพียงครั้งเดียว — ทุกบรรทัดพิกัดต่อไปนี้จะใช้ซ้ำโดยอัตโนมัติจนกว่าคุณจะเขียน G0 หรือคำสั่งการเคลื่อนไหวอื่น สิ่งใดก็ตามที่อยู่หลังเครื่องหมายอัฒภาคจะเป็นความคิดเห็น ซึ่งเครื่องจะละเว้น

คำสั่ง G-Code ที่จำเป็น

คำสั่งเหล่านี้ใช้ได้กับเฟิร์มแวร์เกือบทั้งหมด ตั้งแต่ GRBL สำหรับมือสมัครเล่นไปจนถึง Fanuc ระดับอุตสาหกรรม

• G0 — การเคลื่อนย้ายอย่างรวดเร็ว: เปลี่ยนตำแหน่งเร็วที่สุดเท่าที่เครื่องจักรจะอนุญาต ห้ามใช้กับเลเซอร์หรือสปินเดิลที่ทำงานอยู่
• G1 — การเคลื่อนเชิงเส้น: ลากหรือตัดเส้นตรงที่อัตราป้อน (F) ที่ตั้งไว้ คำสั่งหลักสำหรับงาน CNC ทั้งหมด
• G2 / G3 — ส่วนโค้งตามเข็มนาฬิกา / ทวนเข็มนาฬิกา: สร้างเส้นโค้งที่ราบรื่นในคำสั่งเดียวโดยใช้ออฟเซ็ตศูนย์กลาง I/J หรือรัศมี R G2/G3 หนึ่งตัวแทนที่เซ็กเมนต์ G1 เล็กๆ หลายสิบเซ็กเมนต์
• G4 — คงอยู่: หยุดชั่วคราวตามเวลาที่กำหนด ⚠ หน่วย P แตกต่างกันไป: GRBL = วินาที (G4 P1.5 = 1.5s), Marlin = มิลลิวินาที (G4 P1500 = 1.5s)
• G20 / G21 — หน่วยนิ้ว / มิลลิเมตร ตั้งค่านี้ไว้ที่จุดเริ่มต้นของทุกไฟล์เสมอ
• G28 — กลับบ้านได้ทุกแกน ลักษณะการทำงานจะแตกต่างกันไปตามเฟิร์มแวร์ — โปรดตรวจสอบก่อนใช้งานเสมอ
• G90 / G91 — การวางตำแหน่งสัมบูรณ์ / สัมพัทธ์ G90 เป็นค่าเริ่มต้น G91 ทำให้ทุกพิกัดสัมพันธ์กับตำแหน่งปัจจุบัน
• G92 — ตั้งค่าตำแหน่งปัจจุบันเป็นจุดเริ่มต้นโดยไม่เคลื่อนที่ ใช้เพื่อกำหนดที่มาของงานระหว่างงาน
• M3 S[value] — เปิดเครื่องมือ: ยิงเลเซอร์ หมุนแกนหมุน หรือลดเซอร์โวปากกาลง S ควบคุมกำลัง, RPM หรือมุมเซอร์โว
• M5 — เครื่องมือปิดอยู่ รวมถึงก่อนการเดินทางอย่างรวดเร็วทุกครั้ง
• M104 / M109 — ตั้งค่าอุณหภูมิฮอตเอนด์ (การพิมพ์ 3D) M109 รอจนกว่าจะถึงเป้าหมายก่อนดำเนินการต่อ
• M140 / M190 — ตั้งค่าอุณหภูมิเตียง (การพิมพ์ 3D) M190 รอ — ใช้ก่อนเริ่มการพิมพ์
• F — อัตราป้อนเป็น มม./นาที Modal: ยังคงอยู่จนกว่าคุณจะเปลี่ยน
• S — กำลังหรือความเร็ว: กำลังเลเซอร์ (0–1000 บน GRBL), RPM ของสปินเดิล หรือมุมเซอร์โว
• E — ระยะห่างของเส้นใยเครื่องอัดรีด (การพิมพ์ 3D เท่านั้น)
• I, J — ออฟเซ็ตศูนย์กลางส่วนโค้งจากตำแหน่งปัจจุบัน ใช้กับ G2 และ G3

SVG ถึง G-Code: เกิดอะไรขึ้นจริง

พาธ SVG ใช้เส้นโค้ง ส่วนโค้ง และเส้นตรงของ Bézier G1 วาดเส้นตรงเท่านั้น ดังนั้นตัวแปลงจะต้องเชื่อมช่องว่างสองวิธี:

การเจียระไนจะแบ่งส่วนโค้งออกเป็นส่วนตรงเล็กๆ จำนวนมาก เส้นโค้งที่นุ่มนวลกว่าต้องใช้ส่วนที่สั้นกว่า ซึ่งหมายความว่าไฟล์มีขนาดใหญ่ขึ้น และการเคลื่อนไหวที่อาจสะดุดได้เมื่อบัฟเฟอร์คำสั่งของเครื่องตามไม่ทัน

การปรับส่วนโค้งนั้นชาญฉลาดกว่า: โดยจะตรวจจับเมื่อการรันเซ็กเมนต์สั้น ๆ รวมกันก่อตัวเป็นวงกลมและแทนที่ทั้งกลุ่มด้วยคำสั่ง G2 หรือ G3 เดียว วงกลมที่รับ 360 บรรทัด G1 จะกลายเป็นหนึ่งบรรทัดของ G-Code ไฟล์หดตัวสูงสุดถึง 90% การเคลื่อนไหวราบรื่นอย่างสมบูรณ์แบบ และเครื่องรักษาความเร็วต่อเนื่องผ่านส่วนโค้ง ไม่ใช่ว่า GRBL บิวด์ทั้งหมดจะรองรับ G2/G3 โปรดตรวจสอบก่อนเปิดใช้งาน

ภาษาถิ่น G-Code: เหตุใดไฟล์เดียวจึงไม่เหมาะกับทุกเครื่อง

คำสั่งการเคลื่อนไหวหลัก (G0, G1, G2, G3) ทำงานได้ทุกที่ อย่างอื่นทั้งหมด เช่น ลำดับการเริ่มต้น การเปลี่ยนแปลงเครื่องมือ ไวยากรณ์ความคิดเห็น จะแตกต่างกันไปตามตระกูลเฟิร์มแวร์ การใช้งาน G-Code จากตัวควบคุมที่ไม่ถูกต้องบนเครื่อง CNC ระดับมืออาชีพไม่เพียงแต่สร้างเอาท์พุตที่ไม่ถูกต้องเท่านั้น แต่ยังอาจทำให้ชิ้นงานเสียหายอย่างรวดเร็วได้

• GRBL: เฟิร์มแวร์ที่โดดเด่นสำหรับนักพล็อตเตอร์ปากกาเป็นงานอดิเรก ช่างแกะสลักเลเซอร์ และเราเตอร์ CNC ขนาดเล็ก บนพื้นฐาน Arduino รองรับอย่างกว้างขวางโดยตัวแปลงและเครื่องมือ CAM
• Marlin: โดดเด่นสำหรับเครื่องพิมพ์ 3D FDM เพิ่มการควบคุมเครื่องอัดรีด รหัส M อุณหภูมิ และการปรับระดับเบด นอกเหนือจากคำสั่งการเคลื่อนไหวมาตรฐาน
• Klipper: เฟิร์มแวร์เครื่องพิมพ์ 3D สมัยใหม่ที่ทำงานบน Raspberry Pi ช่วยให้สามารถกำหนดรูปร่างอินพุตและความเร็วในการพิมพ์ที่สูงขึ้นซึ่งไม่สามารถทำได้บน Marlin ด้วยฮาร์ดแวร์เดียวกัน
• สมูทตี้แวร์: เฟิร์มแวร์ ARM 32 บิตสำหรับเครื่องแกะสลักเลเซอร์ระดับกลางและ CNCs — มีพื้นที่ในการประมวลผลมากกว่า GRBL ที่ใช้ Arduino
• Fanuc: คอนโทรลเลอร์ CNC ทางอุตสาหกรรมที่โดดเด่นทั่วโลก รวมรอบการกระป๋อง (G81–G89) และการเขียนโปรแกรมมาโคร
• Siemens Sinumerik / Heidenhain / Haas: ผู้ควบคุมอุตสาหกรรมในยุโรปและสหรัฐอเมริกาที่มีภาษาถิ่นของตนเอง โพสต์โปรเซสเซอร์ Fanuc จะทำงานไม่ถูกต้องบนเครื่อง Sinumerik

การแปลงภาพถ่ายเป็นเส้นทางที่ลงจุดได้

รูปภาพมีเพียงพิกเซล ไม่มีข้อมูลเส้นทาง ก่อนที่จะสามารถลงจุดหรือแกะสลักเวกเตอร์ภาพถ่ายได้ จะต้องแปลงเป็น SVG ก่อน แนวทางทั่วไป:

• การติดตามภาพลายเส้น: แยกโครงร่างและขอบโครงสร้างของวัตถุเป็นเส้นทาง SVG เหมาะสำหรับโลโก้ ภาพบุคคล และภาพประกอบที่มีรูปทรงที่ชัดเจน
• การฟักไข่ / การฟักไข่ข้าม: จับคู่ความสว่างของภาพกับความหนาแน่นของเส้น พื้นที่ที่มืดกว่าจะมีเส้นที่อัดแน่นมากขึ้น ผลลัพธ์ทำให้เกิดการแกะสลักและพล็อตแบบดั้งเดิมอย่างสวยงาม
• Stippling: จับคู่ความสว่างกับความหนาแน่นของจุด แต่ละจุดเป็นเพียงการสัมผัสด้วยปากกาสั้นๆ หรือการใช้เลเซอร์ค้าง — คล้ายกับภาพประกอบแบบ pointillist
• การทำแผนที่รูปร่าง: ถือว่าความสว่างเหมือนกับการยกระดับ โดยวาดเส้นศูนย์กลางที่เกณฑ์ความสว่าง สร้างผลลัพธ์ที่ลื่นไหลและเป็นธรรมชาติจากภาพถ่าย
• รูปแบบอัลกอริทึม (โวโรนอย ฟิลด์การไหล รูปแบบคลื่น): การแปลงทางคณิตศาสตร์ที่ปรับด้วยความสว่างของภาพสำหรับงานศิลปะที่วาดด้วยเครื่องจักรที่เป็นนามธรรมแต่เป็นที่จดจำได้

ไปป์ไลน์ที่สมบูรณ์: ภาพถ่าย → SVG → G-Code พร้อม Pixel2Lines

Pixel2Lines แปลงภาพถ่ายของคุณให้เป็น SVG ที่สะอาดและพร้อมใช้งานด้วยเครื่องจักรในรูปแบบมืออาชีพที่สร้างขึ้นสำหรับพล็อตเตอร์ปากกาและช่างแกะสลักเลเซอร์ - การวาดเส้น การฟักไข่ การขีดเส้น และอื่นๆ เส้นทางเอาท์พุตมีโครงสร้างเป็นจังหวะที่แยกจากกัน ช่วยลดการยกปากกาและระยะเวลาในการเดินทาง

เมื่อคุณมี SVG แล้ว บริการ SVG-to-G-Code จะสร้างไฟล์สุดท้ายพร้อมการตั้งค่าโปรไฟล์เครื่อง การตรวจสอบก่อนการบิน และส่วนแสดงตัวอย่าง

ไปป์ไลน์สองขั้นตอนนี้ — ภาพถ่ายไปยัง SVG ผ่าน Pixel2Lines, SVG ถึง G-Code ผ่านบริการ — นำคุณจากแหล่งแรสเตอร์ไปยังไฟล์เลเซอร์หรือพล็อตเตอร์ที่เตรียมด้วยเครื่องจักรโดยไม่จำเป็นต้องเขียน G-Code ด้วยมือ

ปัญหาและการแก้ไขทั่วไป

• การวาดภาพถูกมิเรอร์: SVG Y เพิ่มขึ้นลง; G-Code Y เพิ่มขึ้น เปิดใช้งานการกลับแกน Y ในตัวแปลงของคุณ
• ขนาดเอาต์พุตไม่ถูกต้อง: DPI ไม่ตรงกัน Illustrator = 72, Inkscape เก่า = 90, เครื่องมือสมัยใหม่ = 96 จับคู่ DPI ของตัวแปลงกับแอปต้นทางของคุณ หรือกำหนดขนาด SVG เป็นหน่วยมิลลิเมตร
• เครื่องจักรกระตุกไปตามเส้นโค้ง: มีส่วนเล็กๆ มากเกินไปจนล้นบัฟเฟอร์การเคลื่อนไหว เปิดใช้งานการปรับส่วนโค้ง เพิ่มพิกัดความเผื่อเชิงเส้น หรืออัตราป้อนต่ำลง
• ปากกาลากและไม่เคยยกขึ้น: คำสั่ง M5 หายไป หรือการกวาดล้าง Z ต่ำเกินไปที่จะยกกระดาษออก
• งานใช้เวลานานกว่าที่คาดไว้มาก: การเรียงลำดับเส้นทางไม่ดี จัดเรียงเส้นทางใหม่ด้วย vpype ก่อนที่จะสร้าง G-Code ใหม่
• เครื่องจักรเคลื่อนไปยังตำแหน่งที่ไม่ถูกต้องเมื่อเริ่มต้น: ไม่ได้ตั้งค่าต้นทางของงาน กลับบ้าน จ็อกกิ้งไปยังจุดเริ่มต้นที่ต้องการ และเรียกใช้ G92 X0 Y0 ก่อนสตาร์ท