完整的 G-Code 指南：从初学者到专业人士

G-Code是什么？

G-Code（几何代码）是驱动 CNC 机器的纯文本语言。每个文件（通常为.gcode、.nc 或.cnc）都是一系列指令，告诉机器移动到哪里、多快以及何时激活其工具。各行从上到下执行，一次一行。

将您的设计视为蓝图，将 G-Code 视为路线导航。 3D 打印机无法处理 JPG。笔式绘图仪不知道字母“A”是什么样子。 G-Code 通过将任何形状分解为基本运动（直线、圆弧和工具开/关命令）来解决这个问题，任何运动控制器都可以可靠地执行这些运动。

该标准可以追溯到 20 世纪 50 年代的 MIT，于 1963 年正式命名为 RS-274，并于 1982 年作为 ISO 6983 在国际上发布。尽管已经存在了很长时间，G-Code 仍然是制造领域的通用语言——从业余爱好者桌面打印机到工业五轴铣床。

G-Code用在哪里？

• 笔式绘图仪（AxiDraw、HP 7475A、DIY GRBL）：在纸上移动物理笔以复制矢量艺术品 - 对于艺术家和创客来说，这是 G-Code 最容易访问的入口点之一。
• 激光雕刻机和切割机：在调节功率的同时控制光束，将图像刻录到木材上或从丙烯酸树脂上切割形状。
• FDM 3D 打印机（Prusa、Creality、Bambu Lab）：在送丝时在 X、Y、Z 方向上协调打印头，逐层构建物体。
• CNC 铣刀和铣刀：引导旋转切削刀具穿过材料进行雕刻、型腔加工和仿形加工。
• CNC 车床、等离子切割机、水刀和线切割机床：均使用 G-Code 或相近衍生产品。

G-Code 文件的剖析

每一行（称为块）都是一个完整的指令。机器会记住其行间状态 - 第 10 行设置的进给率在第 200 行保持活动状态，除非您更改它。这称为模态状态。

这是一个绘制 50×50mm 正方形的笔式绘图仪程序：

G21 ; millimeters

G90;绝对定位

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

分解G1 X50.0 Y25.3 F1500：G1 = 画一条直线，X50.0 Y25.3 = 目的地，F1500 = 1500 mm/min。请注意，G1 仅出现一次 - 每个后续坐标线都会自动重复使用它，直到您写入 G0 或其他运动命令。分号后面的任何内容都是注释，被机器忽略。

基本 G-Code 命令

这些命令几乎适用于所有固件 - 从业余爱好者 GRBL 到工业 Fanuc。

• G0 — 快速移动：以机器允许的速度重新定位。切勿在激光或主轴处于活动状态时使用。
• G1 — 线性移动：以设定的进给率 (F) 绘制或切割直线。所有 CNC 工作的主要命令。
• G2 / G3 — 顺时针/逆时针圆弧：使用 I/J 中心偏移或 R 半径在单个命令中生成平滑曲线。一个 G2/G3 取代了数十个微小的 G1 段。
• G4 — 停留：暂停设定时间。 ⚠ P 单位不同：GRBL = 秒（G4 P1.5 = 1.5s），Marlin = 毫秒（G4 P1500 = 1.5s）。
• G20 / G21 — 英寸/毫米单位。始终将其设置在每个文件的开头。
• G28 — 所有轴归位。行为因固件而异——使用前务必进行验证。
• G90 / G91 — 绝对/相对定位。默认为G90； G91 使每个坐标都相对于当前位置。
• G92 — 将当前位置设置为原点，不移动。用于定义工作中的工作原点。
• M3 S[value] — 工具打开：发射激光、旋转主轴或降低笔伺服系统。 S 控制功率、RPM 或伺服角度。
• M5 — 工具关闭。始终包含在任何快速移动之前。
• M104 / M109 — 设置热端温度（3D 打印）。 M109 等待达到目标后再继续。
• M140 / M190 — 设置床温度（3D 打印）。 M190 等待 — 在打印开始之前使用。
• F——进给率，单位为毫米/分钟。模态：持续存在，直到您更改它。
• S — 功率或速度：激光功率（GRBL 上为 0–1000）、主轴 RPM 或伺服角度。
• E — 挤出机灯丝距离（仅限 3D 打印）。
• I、J — 圆弧中心距当前位置的偏移量，与 G2 和 G3 一起使用。

SVG 到 G-Code：实际发生的情况

SVG 路径使用 Bézier 曲线、圆弧和直线。 G1 只能绘制直线，因此转换器必须通过两种方式弥补差距：

刻面将曲线分成许多细小的直线段。更平滑的曲线需要更短的段，这意味着更大的文件，并且当机器的命令缓冲区无法跟上时可能会出现运动卡顿。

圆弧拟合更加智能：它会检测一系列短线段何时共同形成一个圆，并用单个 G2 或 G3 命令替换整个组。需要 360 条 G1 线的圆变成一条 G-Code 线。文件收缩高达 90%，运动非常平稳，并且机器在通过弧线时保持连续的速度。并非所有 GRBL 版本都支持 G2/G3 — 在启用之前进行检查。

G-Code 方言：为什么一个文件不适合所有机器

核心运动命令（G0、G1、G2、G3）在任何地方都适用。其他一切——启动顺序、工具更改、注释语法——因固件系列而异。在专业的 CNC 机器上使用错误的控制器运行 G-Code 不仅会产生错误的输出，还会导致工件快速碰撞。

• GRBL：爱好者笔式绘图仪、激光雕刻机和小型 CNC 路由器的主要固件。基于Arduino，受到转换器和CAM工具的广泛支持。
• Marlin：FDM 3D打印机占主导地位。在标准运动命令之上添加挤出机控制、温度 M 代码和床调平。
• Klipper：在 Raspberry Pi 上运行的现代 3D 打印机固件。实现输入整形和更高的打印速度，而这在使用相同硬件的 Marlin 上是无法实现的。
• Smoothieware：适用于中档激光雕刻机和 CNC 的 32 位 ARM 固件 — 比基于 Arduino 的 GRBL 具有更多的计算空间。
• Fanuc：全球占主导地位的工业CNC控制器。包括固定循环 (G81–G89) 和宏编程。
• 西门子Sinumerik / Heidenhain / Haas：欧洲和美国工业控制器有自己的方言。 Fanuc 后处理器无法在 Sinumerik 机器上正确运行。

将照片转换为可绘制路径

照片仅包含像素，没有路径数据。在对照片进行绘图或矢量雕刻之前，必须将其转换为 SVG。常见方法：

• 线条艺术追踪：将主体的轮廓和结构边缘提取为 SVG 路径。最适合轮廓清晰的徽标、肖像和插图。
• 阴影线/交叉阴影线：将图像亮度映射到线条密度 - 较暗的区域会获得更紧密的线条。结果唤起了传统的雕刻和精美的情节。
• 点画：将亮度映射到点密度。每个点都是简短的笔触或激光停留——类似于点画插图。
• 轮廓映射：将亮度视为高程，在亮度阈值处绘制同心线。从照片中产生流畅、有机的结果。
• 算法风格（Voronoi、流场、波浪图案）：通过图像亮度调制的数学变换，用于抽象但可识别的机器绘制艺术。

完整的管道：照片 → SVG → G-Code 和 Pixel2Lines

Pixel2Lines 将您的照片转换为干净、可机用的 SVG，其专业风格专为笔式绘图仪和激光雕刻机而设计 - 线条画、剖面线、点画等。输出路径被构造为离散笔划，最大限度地减少笔抬起和行进时间。

获得 SVG 后，SVG 到 G-Code 服务会生成包含机器配置文件设置、预检检查和预览工件的最终文件。

这个两步管道（通过服务将照片通过 Pixel2Lines 发送到 SVG，通过服务将 SVG 发送到 G-Code）将您从光栅源转换为机器准备的激光或绘图仪文件，而无需手动写入 G-Code。

常见问题和修复

• 图纸镜像：SVG Y向下增大； G-Code Y 向上增加。在转换器中启用 Y 轴反转。
• 输出尺寸错误：DPI 不匹配。 Illustrator = 72，旧 Inkscape = 90，现代工具 = 96。将转换器 DPI 与源应用程序匹配，或以毫米为单位定义 SVG 尺寸。
• 机器在曲线上卡顿：太多微小的片段溢出了运动缓冲区。启用圆弧拟合、增加线性化公差或降低进给率。
• 笔拖动且永远不会抬起：M5 命令丢失，或者 Z 间隙太低，无法物理抬起纸张。
• 工作时间比预期长得多：路径排序不佳。在重新生成 G-Code 之前，使用 vpype 重新排序路径。
• 机器在启动时移动到错误位置：未设置工作原点。重新归位，点动至预定原点，并在启动前运行 G92 X0 Y0。