G-Code vs. M-Code verstehen: Wichtige Unterschiede für CNC-Bediener

Die Computer Numerical Control (CNC)-Programmierung ist das Herzstück der modernen Fertigung. Heutige CNC-Maschinen arbeiten auf Basis von Programmen, weshalb Bediener die verfügbaren Codetypen und deren Anwendung kennen müssen.

Für die CNC-Bearbeitung nutzen Programmierer G- und M-Codes – je nachdem, welche Aktion die Maschine ausführen soll.

Obwohl G-Code die gängigste Programmiersprache in CNC-Software ist, hat auch M-Code spezifische Anwendungen. Beim Vergleich von G-Code und M-Code ist keiner „besser“ als der andere. Vielmehr werden beide benötigt, damit das System die gewünschten Operationen ausführt.

Die Rolle der Maschinenprogrammierung in der CNC-Fertigung

Das „C“ in CNC steht für den Computer, der das System steuert.

Wie jeder Computer arbeitet er auf Basis einer spezifischen Sprache, die das System versteht, um bestimmte Aufgaben auszuführen. Diese Sprachanforderung ist der Punkt, an dem Anweisungen in die CNC-Programmierung einfließen. Bediener können Programme manuell eingeben oder CAM-Software verwenden.

Unabhängig von der Eingabemethode müssen die Codes fehlerfrei sein.

Vor Computern war die Verwaltung korrekter Programme für diverse Bearbeitungen aufgrund des Papierformats der NC-Programme schwierig.

In den Anfängen der Zerspanung waren Geräte numerisch gesteuert (NC). Sie benötigten Lochkarten oder Lochbänder mit Codes, die durch Stanzen in eine bestimmte Reihenfolge erstellt wurden. Vor der Verbreitung von Computern nutzten Werkstätten regelmäßig Lochbänder zur Maschinensteuerung. Das physische Medium erlitt in aktiven Werkstätten jedoch schwere Schäden.

Fettflecken, Risse und Verlust traten regelmäßig bei diesen Lochbändern auf. Beschädigte Bänder führten dazu, dass NC-Maschinen falsche Codes lasen – mit schwerwiegenden Folgen.

Als Computer für den Betrieb von NC-Maschinen eingeführt wurden, gaben Bediener die Codes manuell in den Computer ein, statt das Lochband in das System einzuführen.

Mit CNC (Computer Numerical Control) konnten diese Maschinen dank fortschrittlicherer Maschinentechnik deutlich komplexere Teile fertigen.

Dieser Fortschritt stellte die Zerspaner jedoch vor ein Problem: Mit zunehmend komplexen Maschinen, die bis zu fünf Achsen bearbeiten können, erforderte die manuelle Programmeingabe zu viel Zeit.

Um den Prozess zu beschleunigen, begannen Unternehmen, CAM- (Computer-Aided Manufacturing) oder CAD-Software (Computer-Aided Design) einzusetzen.

CAM- oder CAD-Software automatisiert die Codegenerierung. Der Zerspaner teilt der Software mit, was zu tun ist, und das Programm erstellt die Codes, die die Maschine versteht.

Ob manuell eingegeben oder softwaregeneriert – CNC-Programme umfassen G- und M-Codes. Beide haben unterschiedliche Funktionen, und keines kann unabhängig vom anderen arbeiten.

Ihre Unterschiede zu verstehen, ist die Grundlage der CNC-Programmierung.

Was sind G- und M-Codes in der CNC-Programmierung?

Was ist G-Code?

Ein G-Code in der CNC-Programmierung steuert die Bewegungen einer Maschine und legt fest, wie und wo sich diese bewegen soll, um ein Bauteil zu fertigen.

Was ist M-Code?

Ein M-Code in der CNC-Programmierung steuert diverse Maschinenfunktionen, einschließlich Start und Stopp bestimmter Aktionen oder Programme.

Diese beiden Codes arbeiten zusammen, um Teile und Komponenten herzustellen, was sie in der Fertigungs- und Industriebranche unverzichtbar macht.

CNC G-Code

Die ursprüngliche Programmiersprache von NC-Maschinen war G-Code.

G steht für Geometrie (geometry) und bezeichnet das alphanumerische Format, mit dem dem System mitgeteilt wird, was die Teile tun sollen. Er gibt an, wo zu starten, wie zu bewegen und wann zu stoppen ist. Für Zerspaner besteht das Problem darin, dass verschiedene Maschinen Abweichungen von einem Standardsatz alphanumerischer Zahlen verwenden. Ein System, das einem Gerät eine Aktion befiehlt, kann auf einem anderen Gerät etwas anderes bedeuten.

Unterschiede im G-Code zwischen Maschinen liegen in der Anzahl der Nullen zwischen Buchstabe und Zahl oder in der Anwesenheit von Leerzeichen zwischen Befehlen.

So kann ein Gerät den generischen G1 verwenden, ein anderes G01. Einige Maschinen erfordern Dezimalpunkte zwischen Informationen, andere erlauben deren Weglassung. Da diese Dialektunterschiede für die korrekte Programmausführung kritisch sind, müssen Bediener stets die Sprache der jeweiligen Maschine kennen.

Funktionen des CNC-Bearbeitungs-G-Codes

Wie bereits erwähnt, geben G-Codes der Maschine Anweisungen, wie und wo sie sich bewegen soll.

Verschiedene Buchstaben bestimmen die Bewegungsart, Zahlen setzen die Parameter. Obwohl das System G-Code heißt, ist G nicht der einzige verwendete Buchstabe. Andere Buchstaben haben unterschiedliche Funktionen im Programm, die tendenziell unabhängig vom Maschinendialekt gleich bleiben.

Beispielsweise umfassen die Funktionen folgender Buchstaben im G-Code:

• N: Die N-Zeilennummer.
• G: Die G-Nummer gibt an, wann sich das Werkzeug bewegen und stoppen soll.
• X, Y, Z: Diese Werte geben die Werkzeugposition in drei Dimensionen an – X für horizontal, Y für vertikal, Z für Tiefe.
• F: F bezieht sich auf die Vorschubgeschwindigkeit des Werkstücks.
• S: S gibt die Spindeldrehzahl vor.
• T: T teilt der Maschine mit, welches Werkzeug zu verwenden ist.
• M: M-Werte geben diverse Funktionen oder Maschinenfunktionen an und steuern das Gerät durch Ein-/Ausschalt-Befehle.
• I und J: Diese Werte geben den inkrementellen Mittelpunkt von Bögen an, die die Maschine fährt.
• R: R gibt den Radius von Maschinenbögen an.
• A: A-Werte steuern das Werkzeug um die X-Achse.
• B: Der Wert mit B zeigt den Drehwert um die Y-Achse.
• C: Eine Hilfsachse, die sich um die Z-Achse dreht, erhält ihren Positionswert vom C-Wert.
• D: Diese Zahl zeigt an, wie stark das System den Werkzeugdurchmesser kompensiert.
• L: L gibt dem System einen Wert für Wiederholungsoperationen und deren Anzahl.
• P: Mit dem P-Befehl springt das Programm zeitlich oder verzögert.

Weitere alphanumerische Bezeichnungen hängen von den Maschinenfähigkeiten ab.

Bei vier- oder fünfachsigen Geräten kann der G-Code zusätzliche Koordinatenrichtungen enthalten.

Hinter jedem G-Code stehen Anweisungen, die der Maschine sagen, wie sie Variationen ihrer Grundfunktionen erstellen soll. Im Allgemeinen haben CNC-Maschinen drei Grundoperationen, und das System zeigt, wie diese Aufgaben angepasst werden, um ein Fertigprodukt zu erstellen.

Diese drei Operationen sind:

1. Schnellstmögliche Geradlinenbewegung.
2. Geradlinenbewegung mit festgelegter Vorschubgeschwindigkeit.
3. Kreisförmige Bewegung mit festgelegter Geschwindigkeit.

Aus diesen drei Bewegungen kann das Programm der Maschine mitteilen, wann sie stoppen, die Geschwindigkeit ändern, kreisförmige Schnitte ausführen und andere Anweisungen geben soll. Durch komplexe Programme können diese einfachen Anweisungen komplexe Produkte erzeugen.

Ein Teil der Programmwertwahl erfordert Kenntnisse über die Maschinenreaktionen auf das Programm.

Im Allgemeinen weisen Programm-Anweisungen die Bearbeitungsausrüstung an, etwas zu beginnen. Das Gerät führt dies fort, bis es eine Stopp-Anweisung erhält. Zerspaner müssen wissen, wann sie Computeranweisungen zum Anhalten wie zum Starten eingeben müssen.

Zerspaner müssen nicht unbedingt jede erforderliche Zeile eingeben.

Es gibt auch Abkürzungen, die helfen – sogenannte festgelegte Zyklen (canned cycles).

Zusätzlich zu Einzelaktionen können Bediener festgelegte Zyklen nutzen. Ein solcher Zyklus besteht aus einer einzelnen alphanumerischen Kombination, die eine Reihe von Schritten vorgibt. Ein Zyklus-Code kann beispielsweise vier Programmzeilen ersetzen, um Bohren oder Senken anzugeben. Diese festgelegten Zyklen helfen Programmierern beim Schreiben der Maschinenaktionen.

Das Verständnis der G-Code-Funktionen erleichtert das Lesen von Operationsanweisungen, wenn man Beispiele sieht. Auch wer nicht flüssig in CNC-Maschinenprogrammierung ist, kann die Bedeutung des alphanumerischen Systems und die Komplexität des zur Erstellung eines Zerspanprodukts erforderlichen Programms erkennen.

Beispiele für G-Code in der CNC-Bearbeitung

Während die Codes früher maschinenabhängig waren, erzeugen einige grundlegende Buchstaben-Zahlen-Kombinationen generische Anweisungen. Jeder Befehlsblock sollte nur einen einzelnen G-Code enthalten, um die Maschine nicht zu verwirren. Benötigt der Bediener einen weiteren G-Code, ist ein weiterer Datenblock erforderlich, wie im folgenden Beispiel:

• G0: So schnell wie möglich zu einer angegebenen Koordinate fahren.
• G1: Geradlinige Bewegung.
• G2: Uhrzeigersinnigen Bogen erzeugen.
• G3: Gegen den Uhrzeigersinn verlaufenden Bogen erzeugen.

Früher mussten Zerspaner diese Befehle während ihrer Ausbildung auswendig lernen; heute tun dies viele nicht mehr, da die verwendeten Befehle vom Maschinentyp abhängen. Zudem geben Zerspaner G-Anweisungen so oft ein, dass sie diese schnell auswendig kennen. Zur Erinnerung liegt den meisten CNC-Geräten ein Programmierhandbuch bei, das den genauen Dialekt der Maschine angibt.

Während G-Codes der Maschine Anweisungen zum Bewegen geben, steuern M-Werte diverse Aufgaben.

Die wichtigsten G-Codes

Alle G-Codes haben praktische Verwendungszwecke und wichtige Funktionen. Zu den häufigsten gehören:

G00: Schnelle Positionierung

Der G00-Positionierbefehl bewegt die Maschine schnell von ihrer aktuellen Position zu den angegebenen Koordinaten. Alle Achsen bewegen sich gleichzeitig, sodass die Aktion parallel abgeschlossen wird. Die Bewegung zum neuen Punkt erfolgt in einer Geraden.

G01: Lineare Interpolation

Der G01-Befehl bewegt die Maschine in einer Geraden mit der festgelegten Vorschubgeschwindigkeit, die über die F-Funktion eingestellt wird. Vor Beginn dieses Codes müssen die X-, Y- und Z-Werte des Projekts vorliegen, um die Gerade zu erzeugen. Nach Eingabe des Codes berechnet die Maschine diese Punkte, um die Gerade zu erstellen.

G02: Kreisförmige Interpolation im Uhrzeigersinn

Der G02-Befehl bewegt die Maschine im Uhrzeigersinn. Damit er korrekt funktioniert, muss der Drehmittelpunkt definiert werden – eine Messung ähnlich dem Radius eines Kreises mit Mittelpunkt und Startpunkt des Bogens. Auch die Endpunktparameter müssen definiert werden. Der Startpunkt ist einfach der Endpunkt des vorherigen Befehls und damit leicht zu bestimmen.

G03: Kreisförmige Interpolation gegen den Uhrzeigersinn

Der G03-Befehl bewegt die Maschine ebenfalls kreisförmig, aber gegen den Uhrzeigersinn. Dieser Befehl ähnelt G02.

G-Codes lesen

Beim Prüfen einer G-Code-Datei sollten Sie die langen, komplexen Inhalte in kartesische Koordinaten und Markierungen aufteilen. Suchen Sie nach bekannten Codes und nutzen Sie einen Schlüssel, um vergessene Codes nachzuschlagen.

Jede Zahlenkette hat eine Reihenfolge, und G-Codes folgen einer sorgfältigen Struktur, um ihre Funktionen ordnungsgemäß auszuführen.

CNC M-Code

M-Code ist die Maschinensteuerungssprache, die das Gesamtprogramm – oft als G-Code bezeichnet – kontrolliert. Während G-Befehle Positionen beschreiben, steuert M-Code die Aktionen der Maschine. Obwohl M für „miscellaneous codes“ (diverse Codes) steht, bezeichnen manche es als Maschinencode, da es bestimmte Geräteoperationen steuert.

Sowohl G- als auch M-Codes haben spezialisierte Verwendungszwecke bei der CNC-Maschinenprogrammierung.

Ohne M-Codes könnten Sie Werkzeuge an eine Position dirigieren und ihnen sagen, sich in einer Linie oder einem Bogen zu bewegen, aber Sie könnten keine direkten Befehle geben – wie Programme stoppen, Werkzeuge wechseln, das System mit Kühlmittel fluten oder andere Aktionen jenseits der drei Hauptbewegungen, die G-Codes steuern. Deshalb können Sie M-Codes als Steuerung von Nicht-Schneid-Operationen betrachten.

Funktionen des CNC-Bearbeitungs-M-Codes

M-Codes geben der Maschine Anweisungen, wann Operationen, die nicht mit Schneiden verbunden sind, ein- oder ausgeschaltet werden sollen. Bei bestimmten Prozessen muss die Maschine beispielsweise das System mit Kühlmittel fluten und es nach dem Temperaturabfall wieder abschalten. Dies sind zwei separate Aktionen im M-Code.

Wie bei G-Codes variiert der für M-Codes verwendete Dialekt je nach Maschine. Bei der Programmeinrichtung sollte pro Informationsblock ein M-Code stehen. Diese Befehle geben Ein- und Aus-Funktionen an die Maschine; mehrere Befehle in einem einzelnen Block könnten Programmprobleme verursachen.

M-Befehle ermöglichen es dem Zerspaner, der Maschine zu sagen: Werkzeug wechseln, Spindel einschalten, Kühlmittel zuführen oder Türen öffnen. Dutzende M-Operationen existieren, und Bediener lernen, wie sie programmieren, um gewünschte Aktionen schnell auszuführen.

Wie bei G-Codes hängen M-Codes von der Maschine ab.

Einige Maschinen erfordern eine Null zwischen M und der Zahl, andere lassen dies weg. Auch hier hilft das Wissen über die spezifischen Anforderungen in den Maschinen-Codierungsanweisungen dem Bediener, die richtigen alphanumerischen Programme zu wählen.

Beispiele für M-Code in der CNC-Bearbeitung

M-Befehle haben generische Werte, darunter:

• M00: Stoppt das aktuell laufende Programm – Achsen, Kühlmittelflut oder Spindel.
• M01: Optionaler Programmstopp.
• M02: Ende des laufenden Programms.
• M03: Spindel im Uhrzeigersinn starten.
• M04: Spindel gegen den Uhrzeigersinn (Rückwärts) starten.
• M05: Spindel stoppen.
• M06: Anderes Werkzeug laden. Dieser Befehl kommt typischerweise mit dem T-Wert. Beispiel: „T1 M06“.
• M08: Kühlmittelflut starten.
• M09: Kühlmittelfluss stoppen.

Dies sind nur einige der M-Werte, die in einem CNC-Maschinenprogramm auftreten können.

Die wichtigsten M-Codes

Zu den am häufigsten verwendeten M-Codes gehören:

M00: Programmstopp

Der M00-Befehl beendet das laufende Programm, sodass Sie Geräte wechseln oder Fehlersuche betreiben können.

M02: Programmende

Der M02-Befehl beendet das Programm vollständig. Das Beenden des aktuellen Maschinenprogramms ist der erste Schritt, um ein neues zu beginnen.

M03: Spindelstart (Vorwärts)

Der M03-Befehl bewegt die Spindel vorwärts im Uhrzeigersinn. Dieser Befehl mag ähnlich wie die Funktion von G02 erscheinen, aber G-Codes bewegen nur die Maschine.

M04: Spindelstart (Rückwärts)

Der M04-Befehl bewegt die Spindel in die entgegengesetzte Richtung von M03 – also gegen den Uhrzeigersinn. Dies ist ein notwendiges Manöver bei vielen CAM-Aufgaben.

M05: Spindelstopp

Der M05-Befehl stoppt die Spindel, damit Sie den aktuellen Arbeitsstand prüfen können.

M06: Werkzeugwechsel

Der M06-Befehl ermöglicht den Werkzeugwechsel ohne Beschädigung der Ausrüstung.

M-Codes lesen

M-Codes, auch diverse Codes genannt, werden oft durch Codes anderer Kategorien ergänzt, um die idealen Maschineneinstellungen zu aktivieren. Dadurch wirken Zeilen mit M-Codes komplex, obwohl sie in einer spezifischen Reihenfolge strukturiert sind, um Prozesse reibungslos ablaufen zu lassen. Ein S-Code kann beispielsweise die Spindeldrehzahl festlegen, während diese mit einem M-Code bewegt wird. M-Codes werden oft mit G-Codes kombiniert, um eine Maschine effektiv zu betreiben.

Der Hauptunterschied zwischen G-Code und M-Code

G- und M-Codes haben spezifische, aber unterschiedliche Verwendungszwecke zur Steuerung von CNC-Maschinen.

Manche bezeichnen das CNC-Programm als G-Code, obwohl die Zahlen, die G begleiten, nur die Bewegung und Funktion des Systems steuern. Der M-Wert ist der Programmteil, der der Maschine sagt, wie sie Operationen außerhalb von Bewegungen ausführen soll.

Betrachtet man, wie diese beiden Befehlstypen mit einer Maschine arbeiten, kann man G als „für Schneiden“ und M als „für diverse Operationen“ verstehen.

Während beide die Ausrüstung steuern, regeln sie unterschiedliche Bewegungen.

G-Befehle sagen dem Werkzeug, wo und wie es schneiden soll. M-Operationen weisen die Maschine an, Werkzeuge zu wechseln, die Spindel zu bewegen oder andere Nicht-Schneid-Aufgaben im Gerät auszuführen. Zur Vereinfachung können Sie CAD- oder CAM-Software in Betracht ziehen, aber dies ist nicht immer eine perfekte Lösung.

Auch wenn Sie CAD- oder CAM-Software haben, die Ihre Anweisungen in ein alphanumerisches Programm umwandelt, sollten Sie dennoch mit CNC-Programmierung vertraut sein, um Änderungen vorzunehmen oder die Software basierend auf der erforderlichen Maschineneingabe anzupassen. Die Software tut nur das, was der Bediener ihr sagt; wenn Sie das generierte Programm nicht verstehen, könnte die Maschine eine falsche Funktion ausführen – was Zeit und Material verschwendet.

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