G25 Untere Arbeitsfeldbegrenzung und Spindeldrehzahl: Siemens CNC

Einleitung

Ein schwerer Aufprall des Revolverkopfs auf das rotierende Spannfutter, zerstörte Werkzeuge oder eine beschädigte Spindellagerung sind die direkten Folgen, wenn Verfahrgrenzen in der Steuerung nicht sauber definiert sind. Korrekte Konfiguration eliminiert die häufigste Ursache für Maßabweichungen bei diesem Befehl. Wenn ein Werkzeugträger im Eilgang die negative Endlage überfährt, reichen mechanische Endschalter oft nicht aus, um eine Kollision zu verhindern. Auf Siemens-SINUMERIK-Steuerungen legt G25 eine virtuelle Arbeitsfeldbegrenzung oder eine Mindestdrehzahlbegrenzung fest. Ohne die Aktivierung dieser Sicherheitsgrenzen über den Befehl WALIMON fährt die Achse ungebremst in das Werkstück oder Spannmittel, was zu Toleranzüberschreitung, Ausschuss und Maschinenschäden führt. Wird dieser Parameter nicht verifiziert, liegt das Ergebnis außerhalb der Toleranz — und der Fehler zeigt sich erst bei der Endmessung.

Technische Übersicht

Schnellleser

• G25 etabliert eine virtuelle Begrenzung in Siemens-Steuerungen, um den Verfahrbereich von Achsen einzuschränken und minimale Spindeldrehzahlgrenzen zu definieren.
• Wenn G25 für die untere Arbeitsfeldbegrenzung verwendet wird, muss der Befehl in einem separaten NC-Satz im Basiskoordinatensystem (BCS) programmiert werden.
• Durch G25 festgelegte Arbeitsfeldbegrenzungen müssen explizit durch Ausführen des Befehls WALIMON aktiviert werden.
• Siemens-Steuerungen erlauben es Programmierern, bis zu drei unabhängige Spindeldrehzahlgrenzen (S, S1, S2) innerhalb eines einzigen G25-Satzes zu definieren.
• Das achsspezifische Einstelldatum SD 43410 ($SA_WORKAREA_MINUS_ENABLE) aktiviert oder deaktiviert die Arbeitsfeldbegrenzung in negativer Richtung.
• Im Gegensatz zu Fanuc-Steuerungen, die G25 zum Deaktivieren der Spindeldrehzahl-Schwankungsüberwachung nutzen, verwendet Siemens G25 ausschließlich für physische Koordinaten- und Drehzahlgrenzen.
• Auf SINUMERIK 802D sl-Steuerungen sind kritische Sicherheitsparameter wie MD 10604 schreibgeschützt und können nicht modifiziert werden.

Grundlegende Konzepte

Das Einrichten programmatischer unterer Arbeitsfeldbegrenzungen mit G25 hat einen wesentlichen praktischen Programmiereffekt auf die Maschinensicherheit und Kollisionsvermeidung. Durch Definition einer virtuellen Grenze kann der Programmierer den Verfahrbereich der Achsen zusätzlich zu den physischen Hardware-Endschaltern einschränken. Dies dient dazu, den Revolver, das Werkstück und andere empfindliche Peripheriegeräte (wie z. B. Messtaster) vor physischen Schäden zu schützen.

Wenn die Arbeitsfeldbegrenzung aktiv ist (über WALIMON), führt jeder manuelle Tippbetrieb (Jog) oder automatische Programmbefehl, der versucht, die Werkzeugspitze außerhalb der festgelegten G25/G26-Koordinaten zu positionieren, zu einem sofortigen Stopp des Programms. Dies verhindert eine katastrophale harte Kollision, bei der der Revolver oder das Schneidwerkzeug mit dem Spannfutter oder anderen Werkstückspannstrukturen kollidiert, was andernfalls zu Ausschuss, Werkzeugbruch oder einer Beschädigung der Spindellager führen würde.

Spindeldrehzahlgrenzen unter G25 fungieren als Sicherheitsschwellen, um zu verhindern, dass die Spindel unter einer Mindestdrehzahl läuft. Dies ist besonders wichtig während der Regelung mit konstanter Schnittgeschwindigkeit (G96), bei der die Steuerung die Spindeldrehzahl automatisch beschleunigt, wenn sich die Werkzeugschneide auf dem Revolver der Werkstückmitte (X0) nähert, um eine konstante Schnittgeschwindigkeit aufrechtzuerhalten. G25 stellt sicher, dass die Spindeldrehzahl nicht unter die erforderlichen Drehmomentdrehzahlen abfällt, während G26 und LIMS die oberen Sicherheitsgrenzen festlegen, um zu verhindern, dass die Spindel Drehzahlen erreicht, welche die mechanische Haltekraft des Spannfutters überschreiten.

Befehlsstruktur

Die Befehlsstruktur von G25 unterscheidet sich bei Siemens-Steuerungen danach, ob sie zur Einschränkung der Achsverfahrgrenzen oder zur Begrenzung der Spindeldrehzahl eingesetzt wird. Bei der Definition einer Arbeitsfeldbegrenzung folgt auf G25 die Angabe der Koordinaten der Zielachsen, wie z. B. X und Z. Koordinatengrenzwerte müssen in einem eigenen, dedizierten NC-Satz ohne Verfahrbefehle programmiert werden.

Wenn G25 zur Definition von Spindeldrehzahlgrenzen verwendet wird, akzeptiert der Befehl Drehzahlargumente für eine oder mehrere Spindeln. Siemens erlaubt es, bis zu drei Spindeldrehzahlbegrenzungen gleichzeitig in einem einzigen G25-Satz zu konfigurieren. Diese Mehrspindelfähigkeit ist nützlich für Mehrachmaschinen oder Maschinen mit Gegenspindeln und stellt sicher, dass jede Spindel ihre erforderliche Mindestbetriebsdrehzahl einhält.

Befehlssyntax

• Untere Arbeitsfeldbegrenzung: G25 X... Y... Z...;
• Untere Spindeldrehzahlbegrenzung: G25 S... S1=... S2=...;

Parameter und Adressen

Markenanwendungen

Siemens

In Siemens-Steuerungen ist G25 ein modaler Befehl der Gruppe 03, der entweder die untere Arbeitsfeldbegrenzung oder die untere Spindeldrehzahlbegrenzung festlegt. Der Parameter SD 43430 definiert das negative Koordinatenlimit für jede Achse, während SD 43410 die Arbeitsfeldbegrenzung in negativer Richtung aktiviert oder deaktiviert. Unter konstanter Schnittgeschwindigkeitsregelung (G96) können minimale Spindeldrehzahlwerte unter G25 zwischen 0,1 U/min und 99999999,9 U/min zugewiesen werden.

Das Programmieren von G25 mit Koordinatenachsen muss in einem separaten Satz erfolgen. Die durch G25 gesetzten virtuellen Grenzen müssen durch Ausführen von WALIMON aktiviert werden. Das Durchführen eines Geometrieachsenwechsels ohne Überprüfung von MD 10604 kann dazu führen, dass die aktive G25-Arbeitsfeldbegrenzung lautlos deaktiviert wird, wodurch die Maschine anfällig für einen Werkzeugstillstand und einen Revolvercrash wird.

Warnung: Da Siemens-G25-Koordinatengrenzwerte nach einem Programm-Reset fortbestehen, sofern MD 10710 nicht so konfiguriert ist, dass sie gelöscht werden, kann es beim Einrichten zu Werkzeugkollisionen kommen, wenn ein Bediener fälschlicherweise annimmt, dass die Verfahrgrenzen inaktiv sind.

Markenvergleich

Die folgende Tabelle hebt die Unterschiede in der Änderbarkeit von Befehlen, Vorschuboptionen und der Unterstützung von Referenzpunktprüfungen zwischen verschiedenen Versionen von Siemens-SINUMERIK-Steuerungen hervor.

Technische Analyse

Das funktionale Verhalten von G25 auf Siemens-Steuerungen unterscheidet sich erheblich zwischen den verschiedenen Steuerungsmodellen. Auf fortschrittlichen Plattformen wie der SINUMERIK 840D sl und 828D haben Programmierer vollen Lese- und Schreibzugriff auf Maschinenparameter wie MD 10604, welcher bestimmt, wie sich Arbeitsfeldbegrenzungen während eines Geometrieachsenwechsels verhalten. Durch das Setzen dieses Parameters auf 1 bleibt die Begrenzung sicher erhalten, was Werkzeugkollisionen beim Koordinatenwechsel verhindert. Auf Low-End-Systemen wie der SINUMERIK 802D sl ist dieser Parameter schreibgeschützt, was Programmierer zwingt, G25-Grenzen nach Achswechseln manuell neu zu programmieren und neu zu verifizieren.

Die Versionsunterschiede erstrecken sich auch auf Vorschubarten und Referenzpunktprüfungen. Während die SINUMERIK 840D sl den Inverszeit-Vorschub G93 für komplexe mehrachsige Konturen vollständig implementiert, fehlt der 802D-Serie die G93-Unterstützung gänzlich. Ebenso sind Referenzpunktprüfungen über G27 – die verifizieren, ob Achsen exakt auf dem Maschinenreferenzpunkt liegen – auf der 840D sl vollständig aktiv (und verweisen auf interne Zyklen wie cycle328.spf), während G27 auf der 802D sl eingeschränkt oder noch in der Entwicklung ist. Diese Abweichungen bedeuten, dass Programme, die fortgeschrittene Bewegungs- und Grenzwertprüfungen verwenden, beim Portieren auf SINUMERIK-Einstiegssteuerungen sorgfältig geprüft werden müssen.

Programmbeispiele

Das folgende Beispiel zeigt, wie man untere Arbeitsfeldbegrenzungen und minimale Spindeldrehzahlgrenzen auf Siemens-Steuerungen programmiert, gefolgt von Aktivierungs- und Deaktivierungsblöcken.

; Siemens: N10 G25 X-80 Z30 ; Setzt untere Arbeitsfeldbegrenzungen für die X- und Z-Achse
; Siemens: N20 G26 X80 Z330 ; Setzt obere Arbeitsfeldbegrenzungen für die X- und Z-Achse
; Siemens: N30 G25 S300 S2=450 ; Setzt die untere Drehzahlgrenze der Hauptspindel auf 300 U/min und Spindel 2 auf 450 U/min
; Siemens: N40 WALIMON ; Aktiviert die durch G25 und G26 gesetzten Arbeitsfeldbegrenzungen
; Siemens: N50 G01 X50 Z100 F0.2 ; Bewegt das Werkzeug innerhalb des Sicherheitsbereichs
; Siemens: N60 WALIMOF ; Deaktiviert vorübergehend die Grenzwerte für Werkzeugwechsel oder Einrichtung

Trockenlauf (dry run): Während der Trockenlauf-Verifizierung ohne Werkstück führt die Steuerung die ersten beiden Sätze aus und schreibt die Koordinatenwerte (-80 für X, 30 für Z) und oberen Grenzen (80 für X, 330 für Z) direkt in die System-Einstelldaten. Der dritte Satz legt die Mindestdrehzahlgrenzen für die Hauptspindel (300 U/min) und Spindel 2 (450 U/min) fest. Wenn der WALIMON-Befehl ausgeführt wird, wird die virtuelle Begrenzung aktiv. Wenn der Programmierer ein manuelles Verfahren (Jog) oder eine Achsbewegung befiehlt, welche die Werkzeugspitze außerhalb der Grenzen bewegt, stoppt das Programm sofort und löst einen Arbeitsfeldbegrenzungsalarm aus.

Fehleranalyse

Die folgende Tabelle listet die häufigsten Fehler, Auslöser und Abhilfen im Zusammenhang mit Siemens-Steuerungen unter G25-Konfiguration auf.

Anwendungshinweis

Eine unbemerkt deaktivierte Arbeitsfeldbegrenzung bei einem Geometrieachsenwechsel führt direkt zu Ausschuss und teuren Crashs: Wenn das Maschinendatum MD 10604 ($MN_WALIM_GEOAX_CHANGE_MODE) auf dem Standardwert 0 verbleibt, wird die aktive G25-Begrenzung beim Achsentausch lautlos deaktiviert. Dies führt dazu, dass der Werkzeugträger ungebremst in das Spannfutter oder die Spannbacken fährt. Auf Steuerungstypen wie der SINUMERIK 802D sl ist dieser Parameter schreibgeschützt, weshalb der Bediener die Grenzen manuell prüfen muss. Korrekte Konfiguration eliminiert die häufigste Ursache für Maßabweichungen bei diesem Befehl. Ein weiteres Risiko besteht bei der Nutzung der konstanten Schnittgeschwindigkeit (G96): Nähert sich das Werkzeug der Werkstückmitte (X0), beschleunigt die Spindel drastisch. Ohne eine obere Begrenzung via LIMS oder G26 übersteigt die Fliehkraft die Haltekraft der Spannmittel. Das Werkstück löst sich, was eine sofortige Toleranzüberschreitung, Werkzeugbruch und Ausschuss zur Folge hat. Wird dieser Parameter nicht verifiziert, liegt das Ergebnis außerhalb der Toleranz — und der Fehler zeigt sich erst bei der Endmessung. Die Gewährleistung der Prozesssicherheit erfordert eine lückenlose Verifizierung der Einstellwerte SD 43430 ($SA_WORKAREA_LIMIT_MINUS) und SD 43410 ($SA_WORKAREA_MINUS_ENABLE) vor dem eigentlichen Zerspanungsprozess. Ähnlich wie die Befehle Überwachung der gespeicherten Hubgrenzen Ein (G22) und Überwachung der gespeicherten Hubgrenzen Aus (G23) virtuelle Koordinatengrenzen bei Fanuc verwalten, regelt G25 bei Siemens die unteren Arbeitsfeldbegrenzungen. Darüber hinaus widmen Siemens-Steuerungen G25 vollständig den Achs- und Spindellaufbegrenzungen, während andere Steuerungen G25 mit der Spindeldrehzahl-Schwankungsüberwachung verknüpfen.

Related Command Network

• G26 (Obere Grenze): Setzt obere Arbeitsfeldbegrenzungskoordinaten und obere Spindeldrehzahlbegrenzungen.
• WALIMON (Arbeitsfeldbegrenzung EIN): Aktiviert universell die Arbeitsfeldbegrenzung für alle validierten Achsen.
• WALIMOF (Arbeitsfeldbegrenzung AUS): Deaktiviert die Arbeitsfeldbegrenzung für alle validierten Achsen.
• LIMS (Spindeldrehzahlbegrenzung): Programmiert eine maximale Spindeldrehzahlgrenze für die Hauptspindel unter konstanter Schnittgeschwindigkeit (G96).
• G96 (Konstante Schnittgeschwindigkeit): Aktiviert die konstante Schnittgeschwindigkeitsregelung, welche die Spindeldrehzahl dynamisch erhöht, wenn sich der Schnittdurchmesser verringert.

Fazit

Für eine maximale Prozesssicherheit und zur Vermeidung von Ausschuss an Siemens-CNC-Maschinen ist die konsequente Nutzung von G25-Grenzwerten in Kombination mit dem Aktivierungsbefehl WALIMON unverzichtbar. Vor jedem automatischen Programmablauf müssen Bediener und Programmierer die zugrundeliegenden Systemdaten verifizieren, da verbliebene Grenzwerte aus vorherigen Programmen nach einem Reset fortbestehen können. Korrekte Konfiguration eliminiert die häufigste Ursache für Maßabweichungen bei diesem Befehl. Werden diese Parameter unvollständig eingerichtet, droht eine unvorhergesehene Toleranzüberschreitung bei komplexen Konturen. Wird dieser Parameter nicht verifiziert, liegt das Ergebnis außerhalb der Toleranz — und der Fehler zeigt sich erst bei der Endmessung.

Häufig gestellte Fragen (FAQ)

Wie bleibt der G25-Grenzwert nach einem Programm-RESET oder Netz-Aus prozesssicher in der Siemens-Steuerung gespeichert?

Das Erhaltenbleiben der per Teileprogramm geschriebenen G25-Sicherheitsgrenzen hängt vom Maschinendatum MD 10710 ($MN_PROG_SD_RESET_SAVE_TAB) ab. Wenn dieser Wert nicht passend konfiguriert ist, verfallen die Grenzwerte nach einem Reset, was beim nächsten Anlauf zu unbemerktem Überfahren der Toleranzgrenzen führt. Die praktische Maßnahme ist die Überprüfung des MD 10710 und das explizite Neuschreiben des G25-Befehls im Anlauf-Unterprogramm (z. B. in einer globalen Initialisierungs-SPF), um sicherzustellen, dass die Verfahrgrenzen bei jedem Programmstart neu geladen werden.

Warum meldet die SINUMERIK-Steuerung trotz programmierter G25-Koordinaten keinen Stopp beim Verlassen des Arbeitsbereichs?

Das reine Programmieren von G25-Koordinaten beschreibt lediglich die Einstelldaten (SD 43430), aktiviert jedoch nicht die Überwachung selbst. Damit die Steuerung bei einer Toleranzüberschreitung stoppt, muss zusätzlich das Einstelldatum SD 43410 ($SA_WORKAREA_MINUS_ENABLE) auf TRUE stehen und der Befehl WALIMON aktiv sein. Die praktische Maßnahme ist das Einfügen von WALIMON direkt nach der G25-Definition im NC-Satz, gefolgt von einer Kontrollabfrage der Systemvariablen im Programm.

Welche Ursache hat Alarm 22280 bei der G33-Gewindeherstellung und wie beeinträchtigt dies die Maßhaltigkeit?

Alarm 22280 signalisiert, dass der programmierte Anlauf- oder Auslaufweg (DITS/DITE) für die Achsbeschleunigung beim Gewindeschneiden zu kurz gewählt ist. Dies führt dazu, dass die Achse die synchrone Gewindesteigung nicht rechtzeitig erreicht, wodurch ungenaue Gewindegänge außerhalb der Toleranz geschnitten werden. Die praktische Maßnahme ist das Vergrößern des Startabstands vor dem Werkstück und das Anpassen des Anlaufwegs im NC-Code, um der Achse genügend Beschleunigungsweg für einen synchronen Vorschub zu geben.