CNC-Programmierung entmystifiziert: G-Code vs. M-Code

Heutiges Mehrseiten- und Mehrachsen-Zerspanen wäre ohne Maschinenprogrammierung nicht möglich. Hier sind die Grundlagen der Sprachen der Maschinenprogrammierung: G-Code, M-Code und CAM – mit einem Blick in die Zukunft jenseits von G-Code.

Um die Rolle der Maschinenprogrammierung in der CNC-Fertigung heute zu verstehen, bedarf es eines grundlegenden Verständnisses von G-Code und M-Code.

„CNC-Bearbeitung gibt es seit 40 oder 50 Jahren, also kein neuer Prozess in unserer Branche“, sagt Kevin Finan, Dozent am Atlantic Technical College and Technical High School. Wenn Finan Fertigung und Zerspanung unterrichtet, beginnt er damit, dass die Studierenden den Werkzeugplan eines Teils verstehen. Darauf folgt manuelles Zerspanen, dann CNC-Zerspanen mit G-Code und M-Code, und schließlich CAM-Software (Computer-Aided Manufacturing).

G-Code-Befehle vs. M-Codes: Was ist der Unterschied?

G-Code-Befehle sind spezifische Buchstaben-Zahlen-Kombinationen, die der Maschine vorgeben, welches Teil sich bewegt, wie es sich bewegt und wohin. Generische G-Code-Befehle sind meist maschinenunabhängig, zum Beispiel:

• G0: Eilgang zu einer anderen Position
• G1: Geradliniger Schnitt
• G2: Uhrzeigersinniger Bogen
• G3: Gegen den Uhrzeigersinniger Bogen

„Diese Codes werden mit XYZ-Koordinaten kombiniert. Der G0-Befehl bewegt die Maschine im Eilgang zur angegebenen Position“, erklärt Finan.

„Früher mussten Studenten und Praktikanten die Codes auswendig lernen, aber ich bestehe nicht zwingend darauf, weil man sie durch bloße Anwendung ohnehin verinnerlicht und sie online sowie im Maschinisten-Handbuch nachschlagen kann.“

G-Codes werden vom Maschinensteuergerät gelesen und verarbeitet, um entweder den Kopf oder den Tisch zu bewegen und Schneidoperationen in einer Schneidebene auszuführen. Sie arbeiten im selben Programm zusammen mit M-Codes (M steht für miscellaneous = vielfältig/sonstige).

M-Codes steuern Hilfsfunktionen (Nicht-Schneidfunktionen) der Maschine wie Kühlmittelzufuhr oder Druckluft zum Späneabblasen. Bei komplexen Dreh-Fräs-Maschinen könnte ein M-Code den Reitstock anweisen, das Teil von der Hauptspindel zu greifen, um die Rückseite zu bearbeiten.

Von G-Code-Befehlen zu CAM-Systemen

„Früher schrieb man diese G-Codes von Hand“, sagt Chris MacBain, Technical Marketing Manager bei 3D Systems. „Der Programmierer stellte sich vor, was das Werkzeug tun muss, um das Teil zu erstellen – wie es sich bewegt, wo es schneidet, wie schnell, und wandelte diese Bewegungen in eine Textdatei aus G-Codes und M-Codes um.“

Laut MacBain begann die CNC-Bearbeitung historisch mit Bewegungsbefehlen auf Lochkarten oder Lochbändern, die in die Maschine eingespeist wurden.

„Die Steuerung – das Gehirn der CNC-Maschine – las die Löcher in den Karten oder Bändern und führte die entsprechende Bewegung aus.“

Papierkarten und Bänder in einer belebten Werkstatt neigten dazu, zu reißen, sich zu verschmutzen, verloren zu gehen oder in falscher Reihenfolge eingelesen zu werden – was zu Ausschuss und Maschinenkollisionen führte. Schließlich wurden elektronische Steuerungen entwickelt, bei denen der Bediener die Codes direkt an der Maschine eingeben konnte.

„Als die Fertigung fortschritt, machten 3-Achs- und 5-Achs-Bearbeitung das manuelle Schreiben von G-Code nahezu unmöglich – da wurden Computer-Aided Manufacturing, also CAM-Systeme, geboren.“

G-Code-Erstellung mit CAM-System-Programmierung

„CAM-Systeme ermöglichen es, ein CAD-Modell eines Teils zu nehmen und vorzugeben, wo der Fräser schneiden soll, welches Werkzeug verwendet wird, wie schnell es sich bewegt, wo es startet, wo es stoppt, wie viel Material abgetragen wird und wie nah das Werkzeug an das Teil heranfährt, bevor es schneidet“, sagt MacBain. „Das beschleunigt die G-Code-Erstellung enorm.“

Bevor das CAM-System den G-Code erstellt, erlaubt es dem Programmierer, eine Werkzeugbahnsimulation der Maschinenbewegungen zur Teilerstellung aufzubauen.

„Wie das alte Sprichwort sagt: ‚Garbage in, garbage out‘ – diese Maschinen tun genau das, was man ihnen sagt, egal was.“ Wenn Sie einem Werkzeug sagen, es soll 8 Zoll nach unten fahren, erkennt der Code nicht, dass etwas im Weg sein könnte – Spannvorrichtung oder ein Teilstück. Das CAM-System lässt Sie aber previewen, was das Werkzeug tun wird, bevor Sie den Startknopf drücken.“

MacBain vergleicht CAM-Software mit dem spezifischen Druckertreiber, den ein Computer benötigt, um ein Bild zu drucken. Dieser Treiber heißt Postprozessor und erzeugt den G-Code, der die CNC-Maschine bewegt.

„Alle Steuerungen nutzen dieselben generischen G- und M-Befehle, aber die Reihenfolge, der Abstand, die Zahlendarstellung mit oder ohne führende Nullen sind maschinenabhängig. Genau wie jeder Drucker einen spezifischen Treiber braucht, benötigt jede CNC-Maschine einen anderen Postprozessor, der maschinenindividuellen G-Code erzeugt.“

Die Postprozessor-Aktion im CAM-System erzeugt den G-Code, der dann an den Maschinensteuerung übermittelt wird – per Netzwerk oder USB-Stick. Die Datei wird auf die Maschine geladen, der Bediener ruft das Programm auf dem Steuerungsmonitor auf und prüft den G-Code auf korrektes Teil, korrekte Werkzeuge, korrekte Nullpunkte.

„An diesem Punkt kann der Bediener bei Bedarf Änderungen am Code vornehmen, und sobald die Maschine bereit ist, drückt er den grünen Knopf und führt das Programm aus, um das Teil zu fertigen.“

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