Siemens G110 G111 G112 Polarkoordinaten programmieren

Einleitung

Eine falsche Bearbeitungsebene bei der Definition des Pols führt dazu, dass das Spindelwerkzeug mit voller Eilganggeschwindigkeit in die Schraubstockbacke oder das Spannfutter rammt. Wenn die Bearbeitungsebene G17, G18 oder G19 vor dem Befehl G110, G111 oder G112 nicht korrekt angewählt ist, bezieht sich der Polarwinkel AP auf die falsche Achse. Das Werkzeug fährt folglich aus einer unvorhergesehenen Richtung an, was zu einer harten Kollision mit den Spannmitteln führt. Dies führt zu einer Toleranzüberschreitung, zerstört das Werkstück als Ausschuss und verursacht extrem teure Schäden an der Werkzeugspindel. Zur Erhöhung der Prozesssicherheit bieten Siemens-Steuerungen mit G110, G111 und G112 eine strukturierte Methode der Polarkoordinaten-Programmierung. Korrekte Konfiguration eliminiert die häufigste Ursache für Maßabweichungen bei diesem Befehl und sichert die Einhaltung enger Fertigungstoleranzen.

Technische Übersicht

Feld	Wert
Befehlscode	G110, G111, G112
Modale Gruppe	G-Gruppe 3 (Programmierbares Frame, Arbeitsfeldbegrenzung und Polprogrammierung)
Unterstützte Marke	Siemens
Kritische Parameter	AP (Polarwinkel, Bereich -360.000 bis +360.000 Grad) und RP (Polarradius, absoluter positiver Wert)
Wichtigste Einschränkung	Der Poldefinitionsbefehl (G110, G111 oder G112) muss in einem komplett separaten, eigenen NC-Block geschrieben werden.

Schnellleser

Zuerst Bearbeitungsebene wählen: Stellen Sie vor der Definition des Pols immer sicher, dass G17, G18 oder G19 aktiv ist.
Satz-Isolierung: Schreiben Sie den Poldefinitionsbefehl (G110, G111 oder G112) immer in einem eigenen, separaten NC-Block.
Nur positiver Radius: Stellen Sie sicher, dass der Polarradius (RP) als absoluter positiver Wert programmiert ist, um den Alarm 14210 zu vermeiden.
Polverschiebung verstehen: Verwenden Sie G111 für absolute Werkstückkoordinaten, G110 für Koordinaten relativ zur letzten Werkzeugposition und G112 für Koordinaten relativ zum vorherigen Pol.
G90 und G91 ignorieren: Denken Sie daran, dass absolute und inkrementelle Modifikatoren (G90/G91) die Polkoordinaten nicht beeinflussen.
Arbeitsraum freifahren: Überprüfen Sie auf Mehrachsmaschinen, dass das Werkzeug den physischen Arbeitsraum des Werkstücks komplett verlassen hat, bevor Sie kinematische Zustände umschalten.

Grundlegende Konzepte

Der praktische Programmiereffekt des Polarkoordinatensystems von Siemens besteht darin, dass Bediener kreisförmige Lochmuster oder radiale Konturen mühelos direkt aus einer Zeichnung bemessen können, ohne für jeden Punkt manuell kartesische X/Y-Koordinaten berechnen zu müssen. Programmierer verwenden G111, um den Pol relativ zum Nullpunkt des Werkstückkoordinatensystems festzulegen, G110, um ihn relativ zur zuletzt erreichten Position zu bestimmen, und G112, um ihn relativ zum letzten aktiven Pol zu platzieren.

Programmierer und Bediener müssen sorgfältig darauf achten, dass vor der Poldefinition die richtige Bearbeitungsebene (G17, G18 oder G19) aktiv ist, da der Polarwinkel (AP) mathematisch immer auf die horizontale Achse der aktuell aktiven Ebene verweist. Wenn die Ebene falsch eingestellt oder der Pol unkorrekt positioniert ist, nähert sich das Werkzeug aus einer unvorhergesehenen Richtung. Dies erhöht drastisch das Risiko einer harten Kollision mit Spannmitteln wie einer Spannbrücke, einer Schraubstockbacke oder dem Spannfutter, was unweigerlich zu Ausschuss und schweren Maschinenschäden führt.

Befehlsstruktur

Siemens-Steuerungen verwenden drei verschiedene Befehle innerhalb der G-Gruppe 3, um den Ursprung der Polarkoordinaten oder den Pol zu definieren. Die Wahl zwischen G110, G111 und G112 legt die mathematische Basis für alle nachfolgenden Polarbewegungen fest. Um mathematische Überschneidungen und Timing-Probleme bei der Satzaufbereitung der Steuerung zu verhindern, muss das NC-Programm G110, G111 oder G112 in einem eigenen Block ohne andere Verfahr- oder Hilfsbefehle isolieren.

Der Pol kann entweder über kartesische Werte (durch Angabe absoluter Achskoordinaten) oder über polare Werte (durch Angabe von Radius und Winkel zu einer bestehenden Referenz) definiert werden. Sobald der Pol festgelegt ist, verwendet die CNC-Bahn AP (Polarwinkel) und RP (Polarradius), um zum Zielendpunkt zu interpolieren. Standard-G-Codes wie G1 oder G0 führen dann die Bewegung unter Verwendung der polaren Eingabewerte aus.

; Kartesische Poldefinition
G110 X... Y... Z...
G111 X... Y... Z...
G112 X... Y... Z...
; Polare Poldefinition
G110 AP=... RP=...
G111 AP=... RP=...
G112 AP=... RP=...

Parameter	Beschreibung	Zulässiger Bereich / Werte
AP	Polarwinkel. Definiert den Winkel zur horizontalen Achse der aktiven Arbeitsebene. Die positive Drehrichtung verläuft gegen den Uhrzeigersinn.	-360.000 bis +360.000 Grad (0.001 Grad Auflösung)
RP	Polarradius. Spezifiziert den absoluten Abstand vom aktiven Pol zum Zielpunkt.	Muss ein absoluter positiver Wert (REAL) in mm oder inch sein
X, Y, Z	Kartesische Koordinaten zur direkten Definition der Polposition.	Koordinatensystem-Koordinaten, die dem aktiven Einheitenmodus entsprechen

Markenanwendungen

Siemens

Die Siemens Sinumerik-Steuerungsfamilie bietet einen dedizierten Satz von Werkzeugen zur Polarkoordinaten-Programmierung. Bediener konfigurieren den aktiven Pol, indem sie G110, G111 oder G112 in einem separaten Block schreiben. Die Steuerung isoliert diesen Referenz-Einrichtblock mathematisch von der Achsbewegung. Standardmäßige absolute und inkrementelle Befehle (G90 und G91) haben keinen Einfluss auf die Verschiebung des Pols, da der Ursprung des Pols ausschließlich durch den gewählten G-Code bestimmt wird.

Bei komplexen Maschinen, einschließlich Mehrachsdrehmaschinen mit Doppelrevolvern und Fräszentren mit Ausgleichsfutter (wie beim Gewindebohren unter G63), erzwingt die Siemens-Steuerung Prüfungen des Polarradius. Die Polarkoordinaten müssen vollständig berechnet sein und das Werkzeug muss aus dem physischen Arbeitsraum des Werkstücks herausgefahren werden, bevor kinematische Übergänge stattfinden.

Markenvergleich

Merkmal / Parameter	Siemens Software-Version 4 und früher	Siemens Software-Version 5 und later
Maschinendaten-Parameter für Reset-Verhalten	Gesteuert durch Maschinendaten `MD20110 $MC_RESET_MODE_MASK`	Gesteuert durch Maschinendaten `MD20152 $MC_GCODE_RESET_MODE`
Konfigurationsbereich für G-Code-Reset	Geregelt über eine Reset-Modus-Maske, die die initialen G-Codes bei Hochlauf, Reset oder Teilprogrammende definiert.	Geregelt über eine spezifische G-Code-Reset-Modus-Einstellung für kanalspezifische initiale G-Codes.
Kanalspezifischer Änderungskontext	Die Konfiguration des Anfangszustands erfordert die Auswertung der Maske am Ende des Teilprogramms.	Die Konfiguration des Anfangszustands nutzt das direkte Zurücksetzen des G-Codes am Ende des Teilprogramms.

Technische Analyse

Die Polarkoordinaten-Programmierung von Siemens ist durch mehrere spezifische Steuerungs-Verhaltensweisen mathematisch von der normalen Bahninterpolation isoliert. Erstens trennt die Steuerung den Referenzursprung des Pols durch die Verwendung von drei dedizierten G-Codes. Dies ermöglicht es dem Programmierer, den aktiven Pol anhand des Nullpunkts des Werkstückkoordinatensystems (G111), der zuletzt programmierten Achsposition (G110) oder der vorherigen Polkoordinate (G112) zu verschieben. Diese expliziten Anweisungen bieten eine klare Referenzkontrolle ohne das Risiko von Summenfehlern durch allgemeine inkrementelle Verschiebungen.

Zweitens setzt Siemens standardmäßige kartesische Bemaßungssteuerungen wie G90 und G91 außer Kraft. Da der mathematische Referenzpunkt an den spezifischen G-Code der Poldefinition gebunden ist, bewirkt die Eingabe von G90 oder G91 innerhalb des Blocks G110-G112 keine Verschiebung oder Änderung der Polkoordinaten. Drittens erzwingt die Steuerung strikt die Satz-Isolierung. Die Poldefinition muss in einer eigenen Zeile im NC-Teilprogramm stehen. Dies isoliert die Polkonfiguration von jeglicher physischen Achsinterpolation und verhindert, dass simultane Verfahrbefehle ausgeführt werden, bevor die mathematischen Koordinaten festgelegt sind.

Die Maschinendaten-Resets regeln den Erhalt der Polareinstellungen je nach Systemsoftware-Version unterschiedlich. In Systemen mit Software-Version 4 und früher wird das kanalspezifische Reset-Verhalten über den Parameter MD20110 $MC_RESET_MODE_MASK verwaltet. Ab der Software-Version 5 wechselt diese Steuerungskonfiguration zum Parameter MD20152 $MC_GCODE_RESET_MODE. Dieser Parameter steuert, ob der aktive Pol und die Auswahl der Arbeitsebene beibehalten oder zurückgesetzt werden, wenn das NC-Programm endet oder die Maschine einen Kaltstart durchführt.

Programmbeispiele

N10 G17
N20 G111 X17 Y36
N30 G1 AP=45 RP=50
N80 G112 X35.35 Y35.35
N90 G1 AP=12.5 RP=47.679
N100 G1 AP=26.3 RP=7.344 Z4

Ablaufbeschreibung für den Trockenlauf (dry run):

Satz N10: Konfiguriert G17 und legt die XY-Ebene als aktive Bearbeitungsebene fest. Der Polarwinkel (AP) bezieht sich mathematisch auf die horizontale X-Achse und dreht gegen den Uhrzeigersinn.
Satz N20: Definiert die absolute Polposition bei X=17 und Y=36 mittels G111. Dieser Block dient ausschließlich dem Festlegen des Koordinatenursprungs und enthält keine Verfahrbefehle.
Satz N30: Führt eine lineare Vorschubbewegung (G1) zu einer Zielkoordinate aus, die durch den Polarradius RP=50 und den Polarwinkel AP=45 Grad definiert ist. Die Werkzeugbahn interpoliert von der aktuellen Position zu diesem Punkt.
Satz N80: Verschiebt den aktiven Pol relativ zum zuvor definierten Pol unter Verwendung von G112, versetzt um X=35.35 und Y=35.35. Dies etabliert einen neuen Koordinatenreferenzpunkt.
Satz N90: Befiehlt eine Linearbewegung (G1) zu einem Radius von RP=47.679 und einem Winkel von AP=12.5 Grad relativ zu dem in Satz N80 definierten neuen Pol.
Satz N100: Fährt das Werkzeug auf einen Radius von RP=7.344 und einen Winkel von AP=26.3 Grad, während gleichzeitig eine Tiefeninterpolation durchgeführt wird, indem die Z-Achse auf Z=4 gefahren wird.

Fehleranalyse

Marke	Alarmcode	Auslösebedingung	Behebung / Bedienermaßnahme
Siemens	14210	Ein negativer Polarradius-Wert (RP) wurde programmiert.	NC-Programm prüfen und den Radius in einen absoluten positiven Wert ändern. Reorganisieren Sie den Korrekturblock.
Siemens	12140	Die Optionen für Polarkoordinaten-Interpolation sind auf der CNC-Steuerung nicht freigeschaltet.	Option beim Werkzeugmaschinenhersteller überprüfen oder das Programm umschreiben, um kartesische Bahnen zu nutzen.
Siemens	Syntaxfehler	Die Poldefinition (G110, G111 oder G112) wurde im selben NC-Block wie andere Befehle programmiert.	Isolieren Sie den Befehl G110, G111 oder G112 in einer eigenen Zeile im NC-Teilprogramm.

Anwendungshinweis

Die Eingabe eines negativen Wertes für den Polarradius RP bricht den Bearbeitungszyklus sofort ab und löst den Alarm 14210 aus, was einen Stillstand der Spindel mitten im Schnitt erzwingt. Da der Radius RP eine rein geometrische Distanz darstellt, darf er nur als absoluter positive Wert eingegeben werden. Wird dieser Parameter nicht verifiziert, liegt das Ergebnis außerhalb der Toleranz — und der Fehler zeigt sich erst bei der Endmessung, was oft zu teurem Ausschuss führt. Auf komplexen Multi-Achsen-Maschinen, wie Drehzentren mit Doppelrevolver (aktiviert über G68) oder Spindeln beim Gewindebohren mit Ausgleichsfutter (G63), ist höchste Vorsicht geboten: Alle Polarkoordinaten müssen vollständig berechnet sein und das Werkzeug muss den Arbeitsbereich der Spannmittel und des Werkstücks komplett verlassen haben, bevor ein Kinematikwechsel oder eine Achsumschaltung erfolgt, um Kollisionsrisiken und Maßabweichungen zu vermeiden.

Fazit

Die konsequente Programmierung der Poldefinition in einem eigenen, separaten NC-Block sowie die vorherige Kontrolle der aktiven Bearbeitungsebene G17, G18 oder G19 sind entscheidende Maßnahmen für eine kollisionsfreie CNC-Bearbeitung. Das präventive Prüfen des NC-Programms auf negative Polarradien RP verhindert ungeplante Maschinenstopps und gewährleistet die Prozesssicherheit beim Fräsen von Lochkreisen oder Konturen. Durch diese vorbereitenden Programmierpraktiken werden Maßabweichungen vermieden, teure Werkzeuge und Spannmittel geschützt und Ausschuss minimiert.

Häufig gestellte Fragen (FAQ)

Wie verhindere ich Maßabweichungen beim Fräsen von Lochkreisen mit G111?

Maßabweichungen entstehen meist, wenn der Pol auf den Werkstücknullpunkt gesetzt wird, aber die Bearbeitungsebene (z.B. G17) im NC-Programm nicht explizit vor der Poldefinition aufgerufen wurde, wodurch die Steuerung den Winkel AP falsch projiziert. Um dies zu verhindern, fügen Sie stets direkt vor G111 einen separaten Block mit der gewünschten Arbeitsebene G17, G18 oder G19 ein und führen Sie vor dem ersten Span einen Trockenlauf über dem Werkstück durch.

Welche Auswirkung hat der Alarm 14210 auf die Prozesssicherheit der CNC-Maschine?

Der Alarm 14210 stoppt die Steuerung sofort bei der Satzaufbereitung, da ein negativer Polarradius RP mathematisch undefiniert ist. Dies verhindert, dass sich das Werkzeug unkontrolliert bewegt, erzwingt jedoch einen Spindelhalt, der bei bereits laufendem Schnitt die Oberfläche des Werkstücks beschädigen kann. Kontrollieren Sie daher vor jedem Programmstart alle RP-Werte in der NC-Datei auf negative Vorzeichen oder nutzen Sie die grafische Programmsimulation der Sinumerik-Steuerung.

Wie kann der Pol verschoben werden, ohne die Konturtoleranz zu gefährden?

Mit G112 lässt sich der Pol relativ zum letzten aktiven Pol verschieben, was inkrementelle Fehler bei der Konturdefinition minimiert, da keine Umrechnung auf den Hauptnullpunkt nötig ist. Eine falsche Wahl von G110 (relativ zur letzten Werkzeugposition) anstelle von G112 führt jedoch zu einer Verschiebung des Pols bei jedem Werkzeugrückzug, wodurch das Teil als Ausschuss endet. Programmieren Sie G112-Blöcke ausschließlich für fortlaufende, zusammenhängende Konturen und prüfen Sie die relative Polposition nach jedem Werkzeugwechsel.

Siemens G110 G111 G112 Polarkoordinaten Programmieranleitung