Variables Gewindeschneiden (G34) auf Siemens-Steuerungen

Einleitung

Eine fehlerhaft programmierte Gewindeendkoordinate in unmittelbarer Nähe der rotierenden Spannbacken des Spindelfutters oder einer Reitstockspannung birgt ein extremes Kollisionsrisiko. Da während eines Gewindeschneidblocks der Vorschub-Halt-Taster (Feed Hold) sowie die Vorschub-Overrideregler standardmäßig deaktiviert sind, hat der Bediener bei einem Programmierfehler oder einem Koordinatenversatz keine Möglichkeit, den Werkzeugschlitten rechtzeitig zu stoppen. Ohne sofortige Vorschubunterbrechung prallt der Werkzeughalter oder Werkzeugrevolver ungebremst mit voller Wucht gegen das rotierende Spindelfutter oder die Spannvorrichtung. Dies führt unweigerlich zu einem schweren mechanischen Crash: Die Gewindeplatte zersplittert, die Spindel wird verbogen, der Regler meldet den Alarm 22280 (Achsüberlastung) und das Werkstück ist irreparabler Ausschuss. Wird dieser Parameter nicht verifiziert, liegt das Ergebnis außerhalb der Toleranz — und der Fehler zeigt sich erst bei der Endmessung.

Technische Übersicht

Technische Eigenschaft	Spezifikation
Befehlscode	G34
Modale Gruppe	Gruppe 01, Modal
Marken	Siemens
Kritische Parameter	F (progressive Änderung der Gewindesteigung / Steigungsänderungsrate in mm/rev² oder inch/rev²), SF= (Startwinkelversatz)
Hauptbeschränkung	Mindestens eine Zielachskoordinate (X, Y, Z) muss programmiert werden. Die programmierte Steigungsänderungsrate darf am Gewindeendpunkt nicht zu einem negativen Vorschub führen. Der Spindel-Vorschuboverride ist deaktiviert (fest auf 100%).

Schnellleser

Schalten Sie die konstante Schnittgeschwindigkeit (G96) aus und programmieren Sie die konstante Spindeldrehzahl (G97), um Berechnungsverzögerungen zu vermeiden und die Steigungsgenauigkeit zu wahren.
Deaktivieren Sie die Schneidenradiuskorrektur mit G40 vor dem Aufruf von G34, um den Alarm 61815 zu vermeiden.
Programmieren Sie einen ausreichenden Anlaufweg (DITS) und Auslaufweg (DITE), um eine Achsbeschleunigungsüberlastung und den Alarm 22280 bei kurzen Werkstücken zu verhindern.
Stellen Sie sicher, dass vor G34 ein Vorschub ungleich Null programmiert ist, da die Steuerung andernfalls mit Alarm 14800 stoppt.
Halten Sie die Spindeldrehzahl konstant und programmieren Sie M03 oder M04 vor der Zyklusausführung, um den Alarm 61102 zu vermeiden.
Verwenden Sie G34 nicht, wenn die Rückzugsachse während des schnellen Rückzugs die Hauptgewindeachse ist, da der Rückzug sonst nicht ausgeführt wird und im nächsten Block den Alarm 14800 auslöst.

Grundlegende Konzepte

Die Implementierung der progressiven Gewindeschneidfunktion G34 auf Siemens-Steuerungen erzeugt eine mechanisch starre Echtzeitsynchronisation zwischen der Werkstückspindeldrehzahl und den Servomotoren der Linearachsen. Der Positionsgeber an der Spindel erfasst die tatsächliche Spindeldrehzahl in Echtzeit und weist den CNC-Kern an, den axialen Vorschub dynamisch anzupassen. Diese synchrone Kopplung ermöglicht progressive Steigungsänderungen pro Umdrehung, was ideal für die Bearbeitung von Extruderschnecken mit variabler Steigung oder speziellen Schneckenradgetrieben ist.

Aufgrund dieser starren Synchronisation sind manuelle Vorschuboverrides während der Gewindeblöcke vollständig deaktiviert und auf 100% fixiert, um die Steigungsgenauigkeit zu wahren. Ebenso ist die Vorschub-Halt-Taste während G34-Blöcken inaktiv; wird sie gedrückt, stoppt die Achse nicht sofort, sondern verfährt bis zur Endkoordinate des nächsten Blocks, der kein Gewindeschneidblock ist.

Befehlsstruktur

Vor der Programmierung progressiver Gewinde ist es oft hilfreich, Befehle für konstante Gewindesteigungen zu verstehen, wie beispielsweise G33 Gewindeschneiden mit konstanter Steigung für Siemens oder G32 Gewindeschneiden mit konstanter Steigung beim Drehen. Zusätzlich können Steuerungen bei komplexen Rotationsprofilen die G07 Zylinderinterpolation nutzen, um flache Profile auf einen Zylinder abzubilden.

Das Dual-Interpreter-Design von Siemens-Steuerungen ermöglicht es, G34 in zwei verschiedenen Programmiermodi auszuführen: dem nativen Siemens-Modus und dem ISO-Dialekt-Modus. Wenn der native Siemens-Modus aktiv ist (programmiert über G290), wird die progressive Änderung der Gewindesteigung durch den F-Parameter spezifiziert, welcher die Beschleunigungsrate der Steigung in mm/rev² oder inch/rev² darstellt.

Wenn die Steuerung alternativ in den ISO-Dialekt-Modus umgeschaltet wird (über G291), wird G34 mit Parametern programmiert, die den Standard-ISO-Systemen ähneln. Hierbei wird die nominale Anfangssteigung durch F spezifiziert und der Steigungsänderungswert pro Spindelumdrehung wird durch den K-Parameter definiert. Unabhängig vom aktiven Modus muss mindestens eine Achskoordinate mit einem Zielmaß (X, Y oder Z) im G34-Block programmiert werden, um eine gültige Interpolationsbahn zu definieren.

Syntax

Syntax im nativen Siemens-Modus:

G34 X... Y... Z... I... J... K... F... SF=... ;

Syntax im ISO-Dialekt-Modus:

G34 X(U)... Z(W)... F... K... ;

Parameter

Parameter	Programmiermodus	Beschreibung	Wertebereich
`X, Y, Z`	Siemens-Modus	Kartesische Koordinaten des physischen Gewindeendpunkts, programmiert als absolute (G90) oder inkrementelle (G91) Werte.	Koordinatenbereich
`I, J, K`	Siemens-Modus	Nominale Anfangsgewindesteigung (Lead), spezifiziert jeweils parallel zur X-, Y- bzw. Z-Achse.	Abmessung in mm oder Zoll
`F`	Siemens-Modus	Progressive Steigungsänderungsrate in mm/rev² oder inch/rev².	Numerischer Wert
`SF=`	Siemens-Modus	Startpunkt-Versatzwinkel zur Bearbeitung mehrgängiger Gewinde, angegeben in Grad. Wird standardmäßig auf den Einstellwert SD 42000 zurückgesetzt, wenn weggelassen.	0.0000 bis 359.999 Grad
`X(U), Z(W)`	ISO-Dialekt-Modus	Absolute (X, Z) oder inkrementelle (U, W) Endpunktkoordinaten des Gewindes.	Koordinatenbereich
`F`	ISO-Dialekt-Modus	Nominale Anfangsgewindesteigung.	Abmessung in mm oder Zoll
`K`	ISO-Dialekt-Modus	Gewindesteigungsänderungswert pro Spindelumdrehung.	Numerischer Wert

Markenanwendungen

Siemens

Siemens verwendet ein einzigartiges, zweisprachiges Modell mit doppelter Syntax zur Handhabung variabler Gewinde. Im nativen Siemens-Modus wird das progressive variable Gewindeschneiden über G34 befohlen, wobei die Steigungsänderungsrate unter der Adresse F programmiert wird. Degressive Gewinde verwenden G35. Beim Umschalten in den ISO-Dialekt-Modus (G291) wird G34 sowohl für progressive als auch für degressive Gewinde verwendet, wobei die Steigungsänderung pro Umdrehung unter der Adresse K programmiert wird.

Siemens unterstützt die erweiterte Bahnsteuerung (G64) bei Gewindeübergängen. Durch Programmierung aufeinanderfolgender G33- und G34-Blöcke im kontinuierlichen Bahnbetrieb G64 nutzt der Bewegungskern seinen Vorlesepuffer (Pre-read Buffer) und die Look-Ahead-Geschwindigkeitsregelung, um die Blöcke zu verbinden. Dies passt die Übergangsgeschwindigkeiten an, um abrupte Geschwindigkeitssprünge oder Verzögerungspausen zu eliminieren.

Siemens ermöglicht die direkte programmgesteuerte Kontrolle von Anlauf- und Auslaufwegen innerhalb des Teileprogramms unter Verwendung von DITS und DITE. Diese Befehle schreiben direkt in den Einstellwert SD 42010 ($SD_THREAD_RAMP_DISP), sodass Programmierer die Beschleunigungs- und Verzögerungsrampenlängen dynamisch anpassen können. Diese dynamische Steuerung verhindert Achsbeschleunigungs-Überlastungsalarme bei kurzen Werkstücken.

Markenvergleich

Funktion / Option	SINUMERIK 840D sl (High-End)	SINUMERIK 802D sl (Compact)	Low-End / Andere Kompaktsteuerungen
Mehrkantschneiden (G51.2 / G50.2)	Unterstützt (Gruppe 20 Mehrkantschneiden)	Ausgelassen (Nicht unterstützt)	— (keine Quelle)
Kollisionsvermeidung	Unterstützt (Spezielle High-Level-Softwareoption)	Ausgelassen (Nicht verfügbar)	Ausgelassen (Nicht verfügbar)
G34 Gewindeinterpolation mit variabler Steigung	Unterstützt (Modaler Befehl der Gruppe 01)	Unterstützt (Modaler Befehl der Gruppe 01)	Unterstützt (Modaler Befehl der Gruppe 01)

Technische Analyse

Die zweisprachige Fähigkeit der SINUMERIK-Steuerungen mit doppelter Syntax ermöglicht es Bedienern, zwischen Siemens-Modus und ISO-Modus zu wechseln. Beim Betrieb im ISO-Modus erzwingt die Steuerung eine spezifische Endpunkt-Vorschubbeschränkung, um zu garantieren, dass der Vorschub am physischen Endpunkt nicht auf Null sinkt oder negativ wird. Die programmierte Steigungsänderungsrate K im ISO-Modus muss folgende Bedingung erfüllen: (F + K / 2)² + 2 × K × W > 0, wobei F die Anfangssteigung, K die Steigungsänderung und W der inkrementelle Verfahrweg ist. Wenn diese Bedingung verletzt wird, kann der Bewegungskern keine gültige Verzögerungsrampe berechnen, was zum Blockieren der Achse führt.

Im nativen Siemens-Modus werden progressive Steigungsänderungen mit der Beschleunigungsformel berechnet, bei der die Rate F von der Endsteigung K_e und der Anfangssteigung K_a über die Gewindelänge l_G abhängt: F = |K_e² − K_a²| / (2 × l_G). Der Einstellwert SD 42010 ($SD_THREAD_RAMP_DISP) speichert die über DITS und DITE programmierten Anlauf- und Auslaufwege. Diese direkte Anpassung der Einstellwerte ermöglicht es der Steuerung, die Servogeschwindigkeit zur Synchronisation mit der Spindeldrehzahl hochzufahren, ohne den Vorschubantrieb zu überlasten, was besonders bei kurzen Gewindelängen kritisch ist.

Programmbeispiele

G290 ; Interpreter auf nativen Siemens-Modus umschalten
G34 Z-120.0 K4.0 F0.5 ; Progressives Gewinde, Anfangssteigung K=4mm, Steigung steigt um 0,5mm/rev2
G291 ; Interpreter auf ISO-Dialekt-Modus umschalten
G34 Z-100.0 F5.0 K0.25 ; Progressives Gewinde, Anfangssteigung 5mm, Steigung steigt um 0,25mm/rev

Während eines Trockenlaufs (dry run) führt die Steuerung den Codeblock aus, ignoriert jedoch die tatsächlichen Gewindesteigungsanforderungen bezüglich des Materialabtrags. Da G34 jedoch eine starre Spindel-Achsen-Synchronisation erzwingt, bleiben die manuellen Vorschub-Override-Regler auf 100% deaktiviert und Vorschub-Halt kann die Achse nicht mitten im Verfahrweg stoppen. Bediener müssen den Freiraum des Werkzeugs überprüfen und das Programm im freien Raum (ohne Werkstück) ausführen, um sicherzustellen, dass die Achse ohne Auslösen von Alarm 22280 oder Alarm 14800 sanft beschleunigt.

Fehleranalyse

Marke	Alarmcode	Auslösebedingung	Fehlerbehebung durch Bediener
Siemens	Alarm 22280	Der programmierte Anlaufweg (DITS) ist zu kurz, um der Gewindeachse das Beschleunigen auf Synchrongeschwindigkeit zu ermöglichen, was zu einer Achsbeschleunigungsüberlastung führt.	Erhöhen Sie den DITS-Wert oder ändern Sie MD 11411, um die Konfiguration der Alarmmaske anzupassen.
Siemens	Alarm 61001	Die Gewindesteigungs- oder Pitch-Parameter in einem Zyklusaufruf enthalten widersprüchliche oder fehlerhafte Werte.	Überprüfen und korrigieren Sie die Gewindesteigungs- und Pitch-Parameter im Zyklusaufruf.
Siemens	Alarm 61102	Die Spindeldrehrichtung M03 oder M04 fehlt während der Zyklusausführung.	Programmieren Sie M03 oder M04 vor dem Aufruf des Gewindezyklus.
Siemens	Alarm 14800	G34 wird aufgerufen, während der Bahnvorschub als Null ausgewertet wird (z. B. F0 aktiv ist) und die Option „Feste Vorschübe“ nicht aktiv ist.	Stellen Sie sicher, dass ein Vorschub ungleich Null aktiv ist, oder programmieren Sie einen gültigen Vorschub vor G34.
Siemens	Alarm 61815	Die Schneidenradiuskorrektur ist aktiv (G41 oder G42), wenn in den Gewindezyklus eingetreten wird.	Deaktivieren Sie die Schneidenradiuskorrektur, indem Sie G40 vor dem Aufruf des Gewindezyklus programmieren.

Anwendungshinweis

Zersplitterte Schneidplatten und verbogene Werkzeugspindeln sind die direkten Folgen einer unzureichenden Programmierung des Anlaufwegs DITS bei kurzen Werkstücken. Da die SINUMERIK-Steuerung zur Aufrechterhaltung der Gewindegeometrie den Vorschub-Halt blockiert und den Vorschub-Override fest auf 100% verriegelt, ist ein manueller Eingriff während des G34-Gewindedurchlaufs ausgeschlossen. Jede Toleranzüberschreitung beim Vorschub-Beschleunigungsverhalten führt zum Alarm 22280. Programmierer müssen durch die Deaktivierung der Werkzeugradiuskorrektur mittels G40 und das Aktivieren einer konstanten Drehzahl über G97 eine stabile Synchronisation sicherstellen. Korrekte Konfiguration eliminiert die häufigste Ursache für Maßabweichungen bei diesem Befehl. Zudem darf die Hauptgewindeachse niemals als Rückzugsachse für den schnellen Rückzug definiert werden, da andernfalls der Rückzug blockiert wird und die Steuerung im Folgesatz mit Alarm 14800 stoppt, was das Werkstück direkt in Ausschuss verwandelt.

Fazit

Die prozesssichere Fertigung variabler Gewindesteigungen auf Siemens-Steuerungen steht und fällt mit der präzisen Auslegung der Beschleunigungsstrecken und der strikten Einhaltung der Spindelsynchronisation. Zur Vermeidung von Maßabweichungen und Ausschuss ist der Verzicht auf die konstante Schnittgeschwindigkeit (G96) zugunsten einer konstanten Spindeldrehzahl (G97) zwingend erforderlich. Ein ausreichend groß dimensionierter Anlaufweg über den Parameter DITS und das gezielte Anpassen des Einstellwerts SD 42010 stellen sicher, dass die Achssynchronisation ohne Überlastungen der Vorschubantriebe abgeschlossen ist, bevor das Werkzeug in das Material eintritt.

Häufig gestellte Fragen (FAQ)

Wie wird beim G34-Gewindeschneiden eine Toleranzüberschreitung durch Achsschwingungen vermieden?

Achsschwingungen entstehen häufig bei abrupten Steigungsänderungen an den Blockübergängen. Zur Vermeidung von Toleranzabweichungen nutzt der Bewegungskern der SINUMERIK-Steuerung im kontinuierlichen Bahnbetrieb G64 einen vorausschauenden Look-Ahead-Algorithmus, der Geschwindigkeitssprünge ausgleicht. Optimieren Sie die Achsdynamikparameter und programmieren Sie stets G64, um abrupte Beschleunigungsübergänge zu dämpfen.

Warum führt ein fehlerhafter DITS-Parameter erst bei der Endmessung zu Ausschuss?

Wenn der Anlaufweg DITS zu kurz ist, um die Achse vollständig mit der Spindel zu synchronisieren, jedoch der Alarm 22280 über MD 11411 stummgeschaltet ist, beginnt die Steuerung den Gewindeschnitt mit einer fehlerhaften Gewindesteigung. Der Schnitt wird ohne Fehlermeldung ausgeführt, führt jedoch zu einer schleichenden Toleranzüberschreitung, die erst bei der Qualitätskontrolle entdeckt wird. Prüfen Sie vor dem Produktionsstart den Einstellwert SD 42010 ($SD_THREAD_RAMP_DISP) und stellen Sie sicher, dass MD 11411 korrekt konfiguriert ist, um Synchronisationsfehler sofort zu melden.

Wie beeinflusst die Umschaltung zwischen Siemens- und ISO-Modus die Überwachung der Toleranzgrenzen bei G34?

Im nativen Siemens-Modus (G290) wird die Steigungsänderung F als Beschleunigungswert in mm/U² eingegeben, was eine Überwachung über physikalische Achsgrenzen erfordert. Im ISO-Modus (G291) hingegen wird die Steigungsänderung K pro Umdrehung programmiert, wodurch die mathematische Überwachung der Endpunktbeschränkung (F + K/2)² + 2KW > 0 zwingend greift. Berechnen Sie bei Verwendung des ISO-Modus stets die Grenzbedingung vorab manuell und verifizieren Sie den Parameter MD 18800 auf seinen Wert 1.

G34 Gewindeschneiden mit steigender Steigung auf Siemens SINUMERIK