Siemens G331 / G332 Gewindebohren CNC-Anleitung

Einleitung

Eine plötzliche Zustandsänderung des NC/PLC-Schnittstellensignals DB380x DBX2001.6 („invert M3/M4“), während sich ein Gewindebohrer aktiv im Werkstück befindet, löst unverzüglich einen katastrophalen Werkzeugbruch aus. Diese unerwartete Unterbrechung stoppt die Spindelrotation der Sinumerik-Steuerung, während die Linearachse den Vorschub fortsetzt, was dazu führt, dass ein abgebrochener Gewindebohrer aus Hartmetall im Metall stecken bleibt und das Bauteil als Ausschuss endet. Einrichter stehen dann vor dem Problem kostspieliger Maschinenausfälle, beschädigter Spannmittel und aufwändiger Nacharbeit. Wird dieser Parameter nicht verifiziert, liegt das Ergebnis außerhalb der Toleranz — und der Fehler zeigt sich erst bei der Endmessung. Korrekte Konfiguration eliminiert die häufigste Ursache für Maßabweichungen bei diesem Befehl, schützt vor unvorhergesehener Toleranzüberschreitung und sichert die Prozesszuverlässigkeit bei der Gewindeherstellung nachhaltig.

Um diese kritischen Synchronisationsprobleme zu lösen, nutzen Siemens-Steuerungen die Befehle G331 und G332 zur Ausführung des geschlossenen, lagegeregelten starren Gewindebohrens. Anstatt sich auf ein mechanisches Ausgleichs-chuck zu verlassen, interpoliert die Steuerung die Bewegung der Linearachse und die Spindelrotation streng miteinander, um die Gewindesteigung exakt einzuhalten.

Technische Übersicht

Spezifikationsfeld	Technischer Wert / Einschränkung
Befehlscode	G331 (Gewindebohren), G332 (Rückzug)
Modalgruppe	Rigid-Tapping-Zyklen / Interpolationsbewegung (Modal)
Unterstützte Marken	Siemens
Kritische Parameter	Achskoordinate (X, Y, Z) und Gewindesteigung (I, J, K)
Hauptbeschränkung	Erfordert Spindelpositionsgeber, lagegeregelten Closed-Loop-Modus über SPOS und aktiven linearen Vorschubmodus G94.

Schnellleser

SPOS zuerst ausführen: Führen Sie den Spindelpositionierbefehl SPOS in einem Block vor G331 aus, um die Spindel in die geschlossene Lageregelung zu versetzen und Alarm 14092 zu vermeiden.
Linearen Vorschub aktivieren: Programmieren Sie den linearen Vorschubmodus G94 vor der Ausführung von G331/G332, um den Spindel-nicht-im-Stillstand-Fehler und Alarm 16715 zu verhindern.
Automatische Drehrichtung: Steuern Sie die Spindelrichtung automatisch, indem Sie das mathematische Vorzeichen des Gewindesteigungsparameters K konfigurieren (positiv für Rechtsgewinde, negativ für Linksgewinde).
Getriebestufen abgleichen: Gleichen Sie Ihre programmierte Drehzahl S mit den Schwellenwerten der aktiven Getriebestufe ab, um Zyklusabbrüche und Alarm 16748 zu verhindern.
Schnittstellenalarme unterdrücken: Setzen Sie den Maschinendatenparameter MD35035 Bit 22, um die Auswertung von „invert M3/M4“ durch die PLC zu unterdrücken und Alarm 22024 während des Schnitts zu vermeiden.
Lageregelung wiederherstellen: Verwenden Sie SPOS=IC(0) im MDA-Modus, um die Spindellageregelung wiederherzustellen, bevor Sie die G332-Wiederherstellung nach einem System-Power-off ausführen.

Grundlegende Konzepte

Die Siemens-Befehle G331 und G332 führen das geschlossene, lagegeregelte starre Gewindebohren ohne mechanische Unterstützung eines Ausgleichs-chucks aus. Der praktische Programmiereffekt besteht darin, dass die Verfahrbewegung der Linearachse und die Spindelrotation streng miteinander interpoliert werden, um die gewünschte Gewindesteigung exakt einzuhalten. Programmierer müssen wachsam darauf achten, dass die Hauptspindel explizit in den lagegeregelten Modus versetzt wird (mittels des SPOS-Befehls), bevor G331 aufgerufen wird; andernfalls wird sofort der alarm code 14092 ausgelöst und der cycle abgebrochen.

Bediener müssen zudem die Systemzustände sorgfältig überwachen, insbesondere bei Wiederherstellungsoperationen. Wenn beispielsweise nach einem vollständigen System-Power-off ein Gewindebohr-Rückzug im MDA-Modus ausgeführt wird, müssen Bediener zuerst die Spindel über SPOS=IC(0) aktivieren, bevor sie G332 ausführen, da die Steuerung andernfalls die Wiederherstellung blockiert. Darüber hinaus stoppt die Steuerung den Prozess sofort und gibt den alarm code 22024 aus, wenn das NC/PLC-Schnittstellensignal „invert M3/M4“ versehentlich umgeschaltet wird, während der Gewindebohrer im Eingriff ist, um einen katastrophalen Werkzeugbruch im Werkstück proaktiv zu verhindern, der andernfalls zu Ausschuss führen würde. Besondere Sorgfalt ist in Mehrachsenumgebungen geboten, wie z. B. bei Maschinen mit einem Doppel-turret, um sicherzustellen, dass Spindelzustände und Vorschubmodi (G94) ordnungsgemäß synchronisiert sind.

Befehlsstruktur

Die Sinumerik-Syntax für das starre Gewindebohren ist um zwei verschiedene Betriebsbefehle herum strukturiert: G331 zum Schneiden des Gewindes in das Werkstück und G332 zum Umkehren der Spindel und Zurückziehen des Werkzeugs. Diese Befehle erfordern, dass der Programmierer die Zielkoordinate und die Gewindesteigung entlang der Bewegungsachse definiert. Die Spindeldrehzahl wird während des G331-Blocks festgelegt, während der nachfolgende G332-Block die Drehzahl beibehält und die Achsumkehr automatisch handhabt.

Die Programmierung kann entweder über achsspezifische Namen und Gewindesteigungen oder über kartesische Koordinaten erfolgen. Bei Standard-Einachsbewegungen bezieht sich der Befehl auf den Koordinatennamen und den entsprechenden Steigungsparameter. Ist der Steigungswert positiv, wird ein Rechtsgewinde erzeugt; ist er negativ, wird ein Linksgewinde geschnitten.

G331 <axis> <thread pitch> S...
G332 <axis> <thread pitch>
G331 X... Y... Z... I... J... K... S...
G332 X... Y... Z... I... J... K...

Parameter	Beschreibung	Zulässiger Bereich
<axis> / X..., Y..., Z...	Geometrieachskoordinate oder Verfahrweg am Ende des Gewindes (Endbohrtiefe).	Absolute oder inkrementelle Koordinaten
<thread pitch> / I..., J..., K...	Gewindesteigung. Eine positive Steigung definiert ein Rechtsgewinde (im Uhrzeigersinn, M3), eine negative Steigung definiert ein Linksgewinde (gegen den Uhrzeigersinn, M4).	±0.001 bis ±2000.00 mm/U
S...	Spindeldrehzahl in rpm. Optionaler Parameter. Wenn er weggelassen wird, wird die zuletzt aktive Drehzahl verwendet.	Spindeldrehzahl in rpm

Markenanwendungen

Siemens

Siemens-Sinumerik-Steuerungen verwenden G331 and G332, um das starre Gewindebohren ohne die Hilfe eines Ausgleichs-chucks zu steuern. Programmierer müssen sicherstellen, dass sich die Spindel vor dem Aufruf von G331 in der Lageregelung befindet. Der Spindelpositionierbefehl SPOS dient diesem Zweck, indem er den anfänglichen Lageregelkreis aufbaut. Ein Versäumnis, diesen Befehl vor G331 auszuführen, führt zum Stopp des NC-Programms und zur Generierung von Alarm 14092. Die Steuerung prüft auch den linearen Vorschubmodus, was erfordert, dass G94 vor dem Start des Gewindebohrblocks aktiv ist.

Mehrere Maschinendatenparameter konfigurieren die Sicherheits- und mechanischen Eigenschaften des Gewindebohrzyklus. Der Parameter MD35035 $MA_SPIND_FUNCTION_MASK Bit 22 steuert, ob das NC/PLC-Schnittstellensignal DB380x DBX2001.6 („invert M3/M4“) ausgewertet wird. Das Setzen dieses Bits auf 1 verhindert das Auslösen des Sicherheitsalarms, sodass die Maschine externe Inversionsbefehle während G331/G332 ignoriert. Darüber hinaus aktiviert der Maschinenparameter MD35010 $MA_GEAR_STEP_CHANGE_ENABLE Bit 5 einen dedizierten zweiten Getriebestufen-Datenblock, der einzigartige minimale und maximale Drehzahlschwellenwerte speziell für rigid tapping-Operationen bereitstellt.

Markenvergleich

Systemreihe	Spindellageregelung	Getriebestufen-Management	PLC-Inversionssicherheit
Sinumerik 840D sl	Vollständig unterstützt über SPOS; unterstützt die Wiederherstellung im MDA-Modus mittels SPOS=IC(0).	Dedizierter zweiter Getriebestufen-Datenblock (MD35010 Bit 5) vollständig konfigurierbar.	Vollständige Unterdrückungskonfiguration verfügbar über MD35035 Bit 22.
Sinumerik 828D	Unterstützt über SPOS; es gelten die Standard-Wiederherstellungsverfahren.	Unterstützt Getriebestufenschwellenwerte mit vereinfachten Datenblöcken.	Inversionssicherheitsauswertung aktiv; konfigurierbar über Maschinendaten.
Sinumerik 808D	Unterstützt über SPOS; erfordert Positionsgeber.	Grundlegende Getriebestufensteuerung; sekundäre Getriebestufen-Datenblöcke werden im Allgemeinen nicht unterstützt.	Wertet DB380x DBX2001.6 mit begrenzten Anpassungsmöglichkeiten aus.

Technische Analyse

Die Siemens-Polarkoordinatenprogrammierung und die Interpolation für starres Gewindebohren sind mathematisch von Standard-Bahnkoordinaten isoliert. Beim Gewindebohren zeigt Siemens Verhaltensweisen während des rigid tapping, die es am deutlichsten von anderen Steuerungsmarken unterscheiden. Erstens verlässt sich Siemens vollständig auf das mathematische Vorzeichen der programmierten Gewindesteigung (z. B. ein positives K für Rechtsgewinde oder ein negatives K für Linksgewinde), um die Drehrichtung der Spindel automatisch vorzugeben. Dadurch entfällt die Notwendigkeit, explizite M3- oder M4-Drehrichtungbefehle innerhalb des Gewindebohrzyklus selbst zu programmieren. Zweitens stellt Siemens einen dedizierten „zweiten Getriebestufen-Datenblock“ bereit, der speziell für G331/G332 ausgewertet wird. Dies ermöglicht es der Maschine, unabhängige minimale und maximale Drehzahlschwellenwerte anzuwenden, die strikt auf das Gewindebohren zugeschnitten sind, wodurch das Motordrehmoment und die Beschleunigung maximiert werden, ohne an elektrische Stromgrenzen zu stoßen. Drittens verfügt Siemens über eine fortschrittliche Sicherheits-Stopp-Reaktionskonfiguration über MD11550 $MN_STOP_MODE_MASK. Dies ermöglicht es Programmierern, einen impliziten Stopp-Verzögerungsbereich zu definieren, der aktiv verhindert, dass die Maschine während G331- und G332-Operationen mitten im Schnitt anhält – selbst wenn der Continuous-Path-Modus unterbrochen oder eine Verweilzeit auftritt –, wodurch sicher verhindert wird, dass sich der Gewindebohrer im Material festfrisst.

Auf der High-End-Steuerung Sinumerik 840D sl ist der sekundäre Getriebestufen-Block (aktiviert über MD35010 Bit 5) vollständig für benutzerdefinierte Spindelbeschleunigungskurven optimiert. Die Kompaktsysteme 828D führen vereinfachte Versionen dieser Datenblöcke aus, die zwar immer noch eine Stromüberlastung verhindern, aber die Feinabstimmung einschränken. Die Basissteuerung 808D verlässt sich auf Standard-Getriebebereiche, was die Drehzahlanpassung für Bediener kritischer macht, um Drehzahlanpassungsfehler zu vermeiden.

Programmbeispiele

N10 G94 ; Sicherstellen, dass linearer Vorschubmodus aktiv ist
N20 SPOS=0 ; Spindel positionieren, um geschlossene Lageregelung zu aktivieren
N30 G331 Z-50 K-4 S200 ; Gewindebohren auf Z-50, Steigung -4mm (Linksgewinde), Spindeldrehzahl 200 rpm
N40 G332 Z3 K-4 ; Rückzug auf Z3, Steigung -4mm, automatische Spindelumkehr
N50 SPOS=0 ; Spindellageregelung zurücksetzen
N60 G331 Z-10 K5 S800 ; Gewindebohren auf Z-10, Steigung 5mm (Rechtsgewinde), Spindeldrehzahl 800 rpm
N70 G332 Z3 K5 ; Rückzug auf Z3, Steigung 5mm, automatische Spindelumkehr

Walkthrough zur Ausführung im Trockenlauf (dry run):

Trockenlauf: Das Ausführen dieses Programms ohne installiertes Werkstück oder Werkzeug ermöglicht es dem Bediener, den mechanischen Zyklus zu beobachten. In Block N10 wird der lineare Vorschubmodus G94 eingestellt, der für das starre Gewindebohren zwingend erforderlich ist. In Block N20 führt die Spindel SPOS=0 aus, wodurch sie unter geschlossene Lageregelung gestellt wird. In Block N30 fährt die Z-Achse nach unten auf -50 mm, während sich die Spindel gegen den Uhrzeigersinn dreht (entsprechend der negativen Steigung K-4) mit 200 rpm. Sobald Z-50 erreicht ist, Block N40 leitet sofort den G332-Rückzug ein, was dazu führt, dass die Spindel ihre Richtung umkehrt und sich im Uhrzeigersinn dreht, während die Z-Achse wieder auf die Koordinate Z3 hochgefahren wird. Block N50 setzt die Lageregelung zurück. Block N60 beginnt mit dem Bohren eines zweiten Gewindes, wobei die Z-Achse auf -10 mm heruntergefahren wird, während sich die Spindel im Uhrzeigersinn mit 800 rpm dreht (spezifiziert durch die positive Steigung K5). Schließlich befiehlt Block N70 den Rückzug auf Z3, wobei die Spindel gegen den Uhrzeigersinn umgekehrt wird.

Fehleranalyse

Steuerung	Alarmcode	Auslösebedingung	Abhilfe / Bedienermaßnahme
Siemens Sinumerik	Alarm 14092	Hauptspindel befindet sich nicht im lagegeregelten Modus (fehlendes SPOS), Spindel hat keinen Geber oder Gewindebohr-Rückzug im MDA-Modus nach Power-off wird ohne SPOS=IC(0) versucht.	Programmieren Sie SPOS vor G331 oder führen Sie SPOS=IC(0) zur Wiederherstellung aus.
Siemens Sinumerik	Alarm 16715	G331 oder G332 ist aktiv, aber der lineare Vorschubmodus G94 wurde nicht explizit programmiert.	Programmieren Sie G94 explizit in einem Block vor dem G331-Befehl.
Siemens Sinumerik	Alarm 16748	Programmierte Spindeldrehzahl liegt außerhalb des Drehzahlbereichs der aktiven Getriebestufe und der dynamische Stufenwechsel ist deaktiviert.	Laden Sie die entsprechende Getriebestufe im NC-Programm vor dem G331-Block.
Siemens Sinumerik	Alarm 22024	Das NC/PLC-Schnittstellensignal DB380x DBX2001.6 („invert M3/M4“) wird während der Programmausführung geändert, während G331 aktiv ist.	Verhindern Sie PLC-Signaländerungen während des Schnitts oder konfigurieren Sie MD35035 Bit 22 auf 1, um die Sicherheitsprüfung zu unterdrücken.

Anwendungshinweis

Der verheerende Ausfall eines Hartmetallgewindebohrers oder eine Kollision im Eilgang lässt sich durch die gezielte Überwachung steuerungsspezifischer Parameter und Schnittstellensignale vermeiden. Ein plötzliches Umschalten des NC/PLC-Schnittstellensignals DB380x DBX2001.6 löst bei aktiver Bearbeitung augenblicklich den Alarm 22024 aus, um Schäden zu verhindern. Korrekte Konfiguration eliminiert die häufigste Ursache für Maßabweichungen bei diesem Befehl. Um eine unvorhergesehene Toleranzüberschreitung bei harmlosen PLC-Abläufen zu unterbinden, kann der Bediener den Parameter MD35035 $MA_SPIND_FUNCTION_MASK Bit 22 auf 1 setzen, was die PLC-Signalüberwachung während G331/G332 deaktiviert. Ein weiteres kritisches Risiko betrifft den Wiederherstellungsprozess nach einem plötzlichen Netzausfall mitten im Gewindebohrgang: Wird hierbei versucht, den Rückzug über G332 im MDA-Modus zu starten, blockiert die Steuerung den Achsvorschub und erzeugt den Alarm 14092. Der Bediener muss zwingend zuerst das Kommando SPOS=IC(0) absetzen, um die Spindellageregelung wiederherzustellen, bevor die Achsen sicher freigefahren werden können. Wird dieser Parameter nicht verifiziert, liegt das Ergebnis außerhalb der Toleranz — und der Fehler zeigt sich erst bei der Endmessung. Zudem sichert die präzise Abstimmung der Spindeldrehzahl S auf die Schwellenwerte der aktiven Getriebestufe sowie die Aktivierung des linearen Vorschubmodus G94 die Wiederholgenauigkeit der Gewindetiefe.

Fazit

Für ein prozesssicheres Gewindebohren auf Siemens Sinumerik-Steuerungen ist die methodische Parametrierung der Lageregelung und Schnittstellenüberwachung unumgänglich. Konstrukteure und Programmierer sollten stets sicherstellen, dass G94 aktiv ist und die Spindel über SPOS orientiert wird, bevor G331 aufgerufen wird. Korrekte Konfiguration eliminiert die häufigste Ursache für Maßabweichungen bei diesem Befehl. Zur Vermeidung unvorhergesehener Stopps empfiehlt sich die Deaktivierung unnötiger NC/PLC-Inversionsalarme über MD35035 Bit 22, sofern die Hardwareumgebung dies zulässt. Eine regelmäßige Kontrolle der Spindellageregelung vor dem eigentlichen Zerspanungsprozess im Trockenlauf gewährleistet höchste Wiederholgenauigkeit der Bohrungstiefen. Wird dieser Parameter nicht verifiziert, liegt das Ergebnis außerhalb der Toleranz — und der Fehler zeigt sich erst bei der Endmessung. Die Einhaltung dieser Sicherheitsroutinen minimiert das Risiko von Werkzeugbrüchen und Ausschuss in der Fertigung nachhaltig.

Häufig gestellte Fragen (FAQ)

Wie lässt sich ein Werkzeugbruch bei G331/G332 nach einem Stromausfall durch gezielte Wiederherstellung verhindern?

Bei einem plötzlichen Spannungsverlust mitten im Gewindebohrgang verliert die Spindel ihre Lageregelung. Wird danach direkt G332 aufgerufen, blockiert die Achsbewegung und das Werkzeug schert ab. Durch Ausführen von SPOS=IC(0) im MDA-Modus vor G332 wird die Spindel wieder synchronisiert und die Steuerung ermöglicht ein kontrolliertes Freifahren. Praktische Maßnahme: Richten Sie nach jedem Not-Aus einen festen Wiederherstellungsablauf im MDA-Modus ein, bei dem zuerst SPOS=IC(0) und erst danach der manuelle Z-Achsen-Rückzug befohlen wird.

Warum blockiert die Siemens-Steuerung bei G331/G332 mit Alarm 16748 und wie wird dies prozesssicher behoben?

Der Alarm 16748 wird ausgelöst, wenn die im G331-Block programmierte Drehzahl S außerhalb des zulässigen Bereichs der momentan aktiven Getriebestufe liegt. Da ein dynamischer Getriebestufenwechsel innerhalb des Tapping-Blocks blockiert ist, kommt es zum Abbruch. Praktische Maßnahme: Überprüfen Sie das Drehzahlspektrum Ihrer Getriebestufen und programmieren Sie den passenden M-Code zur Getriebestufenwahl (z. B. M40 oder M41) im Satz unmittelbar vor dem SPOS-Befehl.

Wie verhindert man eine Toleranzüberschreitung durch Achsschwingungen beim Beschleunigen der Spindel während des G331-Gewindebohrens?

Beim starren Gewindebohren führen hohe Beschleunigungsraten der Spindel oft zu Schleppfehlern der Vorschubachse, was die Gewindetiefe beeinträchtigt. Über den Maschinendatenparameter MD35010 Bit 5 kann ein spezieller zweiter Getriebestufen-Datenblock für das Tapping aktiviert werden, der mit unabhängigen Dynamikwerten sanftere Spindelübergänge erzwingt. Praktische Maßnahme: Aktivieren Sie MD35010 Bit 5 in der Steuerungsmaske und passen Sie die maximalen Beschleunigungswerte für Gewindebohrzyklen im Inbetriebnahme-Menü separat an, um Spurfehler an der Gewindeflanke zu minimieren.

G331 und G332 Gewindebohren auf Siemens: Rigid Tapping prozesssicher