Siemens G63 & CYCLE840: Gewindebohren mit Ausgleichsfutter

Einleitung

Eine fehlerhafte Koordinatenberechnung oder ein unkompensierter Verfahrweg beim Gewindebohren treibt das Schneidwerkzeug auf der Revolver-Werkzeugscheibe (turret) direkt in die Tischspannmittel, eine Schraubstockbacke oder das rotierende Keilspannfutter der Hauptspindel. Diese Kollision zerstört nicht nur sofort das Werkzeug und beschädigt die Kugelumlaufspindeln der Achsen, sondern führt auch zum sofortigen Maschinenstopp durch einen Achsüberlastungsalarm wie Alarm 14800. Wird der Prozess ohne exakt verifizierte Sicherheitsabstände und Werkstück-Spannbedingungen angefahren, droht durch Toleranzüberschreitung ein kapitaler Ausschuss der rohen Werkstücke. Prozesssicherheit in der Serienfertigung erfordert daher eine präzise Kalibrierung der Schutzbereiche von Spannfutter und Reitstock sowie eine lückenlose Verifizierung aller Verfahrwege.

Beim asynchronen Gewindebohren mit Längenausgleichsfutter müssen Vorschubgeschwindigkeit und Spindeldrehzahl absolut präzise synchronisiert sein, um eine stabile Gewindegeometrie zu gewährleisten. Bei der Verwendung der Siemens-Befehle G63 oder CYCLE840 darf das Werkzeug beim Übergang vom Bohr- zum Rückzugsblock keinerlei Verzögerung oder Zwischenstopp einlegen. Die SINUMERIK-Steuerung löst dies, indem sie Genauhaltprüfungen und Verzögerungsrampen an den Satzgrenzen gezielt unterdrückt. Diese kontinuierliche Achsbewegung verhindert, dass der Gewindebohrer am Bohrungsgrund verweilt, während sich die Spindel weiterdreht, was andernfalls das neu geschnittene Gewinde sofort ausreißen und das Bauteil als Ausschuss unbrauchbar machen würde.

Technische Übersicht

Technische Spezifikation	Details
Befehlscode	G63 / CYCLE840
Modale Gruppe	Gruppe 2 (nicht-modal im nativen Siemens-Modus)
Unterstützte Marken	Siemens
Kritische Parameter	PIT (Gewindesteigungswert: 0,001 bis 2000,000 mm), ENC (Gewindebohrmodus)
Hauptbeschränkung	Spindeloverride muss auf 100 % eingestellt sein; Werkzeugradiuskorrektur (G40) muss abgewählt sein.

Schnellleser

Gewindebohrmethode wählen: Programmieren Sie G63 direkt für manuelle Berechnungen oder verwenden Sie CYCLE840 für automatisierte, zyklusspezifische Einstellungen.
Vorschub berechnen: Die direkte G63-Programmierung erfordert Vorschub = Spindeldrehzahl × Gewindesteigung (F = S × Steigung).
Nicht-modales Verhalten handhaben: Programmieren Sie G63 explizit sowohl im Abwärtsvorschubsatz als auch im Rückzugssatz, um eine versehentliche modale Reaktivierung von G1 oder G0 zu vermeiden.
Spindelrichtung konfigurieren: Programmieren Sie M3 oder M4 vor dem Aufruf von CYCLE840 vor, um Alarm 61102 zu vermeiden.
Werkzeugradiuskorrektur deaktivieren: Programmieren Sie G40 vor dem Aufruf von CYCLE840, um Alarm 61815 zu verhindern.
Override-Drehknopf verriegeln: Halten Sie den Spindeloverride während des Gewindebohrvorgangs strikt auf 100 %, um Schleppfehler zu vermeiden.

Grundlegende Konzepte

Die praktische Programmierung der Gewindebohrbefehle G63 oder CYCLE840 auf Siemens-Steuerungen koordiniert die Verhältnisse von Vorschubgeschwindigkeit und Spindeldrehzahl, um einen stabilen, asynchronen Gewindebohrvorgang zu etablieren. Da G63 Genauhaltprüfungen und Verzögerungsrampen an den Satzgrenzen deaktiviert, verweilt oder zögert das Werkzeug beim Übergang vom Abwärtsvorschubsatz zum Aufwärtsrückzugssatz nicht. Diese kontinuierliche, ununterbrochene Achsbewegung ist bei der Verwendung eines Zug-Druck-Ausgleichsfutters zum Gewindebohren unerlässlich. Indem sichergestellt wird, dass sich die Achse am Bohrungsgrund fließend weiterbewegt, verhindert G63 ein Verweilen des Gewindebohrers während der Spindelrotation, was andernfalls das neu geschnittene Gewinde sofort ausreißen, das Werkzeug beschädigen und das Werkstück in ein völlig zerstörtes Ausschussteil verwandeln würde.

Im Gegensatz zu Standard-G-Code-Konfigurationen, bei denen der G63-Gewindebohrmodus modal ist, behandelt Siemens G63 als nicht-modal. Das Zug-Druck-Ausgleichsfutter gleicht kleine Synchronisationsfehler zwischen dem Achsvorschub und der Spindelrotation aus. Die programmierte Vorschubgeschwindigkeit muss exakt dem Verhältnis von Drehzahl zu Steigung entsprechen, um sicherzustellen, dass der Gewindebohrer ohne Überschreitung der mechanischen Verfahrgrenzen des Futters in das Material einfährt und wieder zurückzieht. Standardmäßige Bewegungssätze fallen oft auf Kontrollsysteme wie den G61-Genauhaltmodus zurück, aber G63 unterdrückt diese Positionierungsprüfungen, um eine fließende Umkehr an der Tiefengrenze zu ermöglichen.

Befehlsstruktur

Auf Siemens-SINUMERIK-Steuerungen kann das Gewindebohren mit Ausgleichsfutter über den nativen G63-Befehlssatz oder den übergeordneten Zyklus CYCLE840 programmiert werden. Der direkte G63-Satz wird als nicht-modale Bewegung programmiert, was bedeutet, dass er nur für den spezifischen Satz aktiv ist, in dem er geschrieben steht. Nach dem G63-Gewindebohrsatz stellt die Steuerung automatisch den zuvor aktiven Group 1-Bewegungsbefehl wie G0 oder G1 wieder her, wodurch sichergestellt wird, dass Standard-Override-Schalter und Positionierungsprüfungen sofort wieder greifen.

Alternativ bietet der technologische Zyklus CYCLE840 eine umfassende Methode, die Tiefenberechnungen, Rückzugsabstände und Spindelumkehrungen automatisch verwaltet. Mit CYCLE840 können Programmierer Parameter wie RTP für die Rückzugsebene, RFP für die Referenzebene und SDIS for den Sicherheitsabstand definieren. Der Zyklus entscheidet anhand des aktiven Werts des ENC-Parameters automatisch, ob ein asynchrones Gewindebohren im G63-Stil oder ein gebergewehrtes Gewindebohren im G33-Stil durchgeführt wird.

Syntax

G63-Satzsyntax:

G63 X__ Y__ Z__ F__ ;

CYCLE840-Syntax:

CYCLE840 (RTP, RFP, SDIS, DP, DPR, DTB, SDR, SDAC, ENC, MPIT, PIT, _AXN, PTAB, TECHNO)

Parameter

Parameter	Beschreibung	Wertebereich
`PIT`	Gewindesteigungswert	0,001 bis 2000,000 mm
`MPIT`	Metrische Gewindegröße	3 bis 48 (Metrische Gewinde M3 bis M48)
`SDR`	Drehrichtung beim Rückzug	0 (automatische Umkehr), 3 (M3), 4 (M4)
`SDAC`	Spindeldrehrichtung nach dem Zyklus	3 (M3), 4 (M4), 5 (M5)
`ENC`	Auswahl des Gewindebohrmodus	0 (mit Geber), 1 (ohne Geber, Vorschub programmiert), 11 (ohne Geber, Vorschub berechnet), 20 (mit Geber, mit Verweilzeit)
`_AXN`	Aktive Werkzeugachse	1 (1. Geometrieachse), 2 (2. Geometrieachse), 3 (3. Geometrieachse)
`PTAB`	Auswertungseinheit der Steigung	0 (Systemeinheit), 1 (mm), 2 (Gänge pro Zoll), 3 (Zoll/Umdrehung)
`TECHNO`	Technologische Einstellungen (Genauhalt, Vorsteuerung, Beschleunigung, Spindel)	Mehrstellige Ganzzahl

Markenanwendungen

Siemens

Auf Siemens-SINUMERIK-Steuerungen im nativen Modus (G290) ist G63 strikt nicht-modal. Dies bedeutet, dass die Steuerung bereits im darauffolgenden Satz den vorherigen Group 1-Bewegungsbefehl (wie G0 oder G1) wieder aktiviert, was das Ausgleichsfutter vor unbeabsichtigten modalen Vorschubbewegungen schützt. Siemens-Zyklen integrieren das Gewindebohren zudem direkt in den einheitlichen Zyklus CYCLE840. Durch Anpassen des Parameters ENC innerhalb dieses Zyklus kann der Bediener zwischen gebergewehrtem Gewindebohren (ENC auf 0 oder 20) und geberlosem Gewindebohren mit Ausgleichsfutter (ENC auf 1 oder 11) wechseln.

Siemens bietet außerdem den speziellen technologischen Parameter TECHNO zur Feinabstimmung zyklusspezifischer Bewegungen. Dieser Parameter ermöglicht es dem Programmierer, Genauhalt-Satzwechselkriterien festzulegen, die Vorsteuerung zu aktivieren und Achsbeschleunigungscharakteristiken wie SOFT, BRISK oder DRIVE exklusiv während des Gewindebohrvorgangs auszuwählen.

Markenvergleich

Das Verhalten beim Gewindebohren und die Anpassungsoptionen des Systems variieren je nach der spezifischen SINUMERIK-Hardware-Reihe und dem aktiven Interpreter-Modus:

Siemens-Steuerung / Modus	Anpassung der Maschinendaten	Interpreter- und Ausführungsmerkmale	Erweiterte Funktionen und Bewegungssteuerungen
SINUMERIK 802D sl	MD 10604 und MD 10706 sind fest gesperrt und können vom Bediener nicht geändert werden.	Führt standardmäßige native Zyklen und G63-Bewegungen ohne erweiterte mehrachsige Geometrieänderungen aus.	Standardausführung; unterstützt keine High-End-Kollisionsüberwachung oder Breitbild-Schnittstellen.
SINUMERIK 840D sl	Alle Maschinendaten-Parameter (MD) sind vollständig konfigurierbar.	Unterstützt die Hochleistungsausführung von CYCLE840 mit zyklusspezifischer Optimierung.	Unterstützt exklusive Funktionen wie die fortschrittliche Kollisionsvermeidung (Collision Avoidance), mehrkantige G51.2/G50.2-Codes und Breitbild-Bedientafel-Layouts.
ISO-Dialektmodus (G291)	Konfiguriert über das Maschinendatum MD 18800 zur Aktivierung der externen Dialektübersetzung.	Kompiliert und führt G63 unter externen ISO-G-Code-Gruppenstrukturen anstelle der nativen Siemens-Logik aus.	Schaltet das Verhalten des Interpreters so um, dass es Fanuc-typische modale und Gruppenstrukturen nachahmt.

Technische Analyse

Die SINUMERIK-Architektur handhabt Geometrieachsenumschaltungen und Ausblendsatzfunktionen je nach Steuerungsversion unterschiedlich. Auf der kompakten SINUMERIK 802D sl-Steuerung sind wichtige Konfigurationsparameter wie MD 10604 (Arbeitsfeldbegrenzung bei Umschaltung der Geometrieachsen) und MD 10706 (Aktivierung der Ausblendsatzfunktion) ab Werk gesperrt und können vom Anwender nicht verändert werden. Auf der High-End-Steuerung SINUMERIK 840D sl sind diese Maschinendatenparameter vollständig zugänglich, sodass Programmierer Hubbegrenzungen und die Logik für Ausblendsätze individuell anpassen können. Die 840D sl unterstützt zudem fortschrittliche Hardware-Optionen, darunter Kollisionsvermeidungsalgorithmen, die Werkzeugpfade aktiv überwachen, sowie G51.2/G50.2-Mehrkantdrehbefehle für komplexe mehrachsige Dreh-Fräszentren.

Die Compiler-Übersetzungs-Engine bietet eine weitere wesentliche architektonische Unterscheidung zwischen den Modi. Im nativen Siemens-Modus (G290) arbeitet G63 als strikt nicht-modaler Befehl der Gruppe 2, der im nachfolgenden Satz automatisch in den vorherigen Bewegungsmodus zurückkehrt. Beim Umschalten in den ISO-Dialektmodus (G291) wechselt der Interpreter zu ISO-G-Code-Regeln und führt G63 unter externen Gruppenstrukturen aus. Diese zweisprachige Fähigkeit erfordert eine korrekte Konfiguration der Maschinendaten-Option MD 18800; das Ausführen von G291 bei inaktiver Option stoppt den Betrieb sofort und löst Alarm 61800 aus.

Programmbeispiele

N10 G1 X0 Y0 Z2 S200 F1000 M3 ; Startkoordinaten anfahren, Spindel im Uhrzeigersinn aktivieren
N20 G63 Z-50 F160             ; Nach unten auf Z-50 mit 160 mm/min Vorschub gewindebohren (S200 * 0,8 mm Steigung)
N30 G63 Z3 M4                 ; Zurückziehen auf Z3 unter G63 mit umgekehrter Spindeldrehrichtung gegen den Uhrzeigersinn

Trockenlauf (dry run)

Vor der Ausführung des Programms auf einem rohen Werkstück muss ein Trockenlauf durchgeführt werden. Während des Trockenlaufs sollte der Bediener den Gewindebohrer aus dem Ausgleichsfutter entfernen und das Programm in der Luft ausführen. Diese Überprüfung stellt sicher, dass sich die Achsgeschwindigkeiten und Spindeldrehrichtungen bei Z-50 korrekt umkehren, ohne Achsüberlastungs- oder Spindelrichtungsalarme auszulösen. Da G63 nicht-modal ist, muss der Bediener verifizieren, dass die Z-Achse unter umgekehrter Spindelrotation (M4) in Satz N30 sanft zurückzieht und dass der vorherige Bewegungsmodus (G1) in den nachfolgenden Sätzen wiederhergestellt wird.

Fehleranalyse

Marke	Alarmcode & Titel	Auslösebedingung	Ursache & Behebung
Siemens	Alarm 61102 Keine Spindelrichtung programmiert	Die Spindeldrehrichtung M3 oder M4 fehlt oder ist während der Zyklusausführung auf einen ungültigen Wert eingestellt.	Programmieren Sie M3 oder M4 vor dem Starten des Zyklus, um die Spindeldrehrichtung festzulegen.
Siemens	Alarm 61101 Referenzebene falsch definiert	Die Referenzebene (RFP) is relativ zu den endgültigen Tiefenparametern falsch definiert.	Korrigieren Sie den RFP-Parameter in der Definition von CYCLE840, um sicherzustellen, dass er mit der Tiefenrichtung übereinstimmt.
Siemens	Alarm 61003 Kein Vorschub im Zyklus programmiert	Der Gewindebohrzyklus wird ohne eine im aufrufenden Satz oder in vorherigen modalen Zuständen programmierte Vorschubgeschwindigkeit ausgeführt.	Programmieren Sie eine gültige Vorschubgeschwindigkeit (F) im Gewindebohrsatz oder in den vorhergehenden Bewegungssätzen.
Siemens	Alarm 61800 Externes CNC-System fehlt	Ein externer ISO-Dialektbefehl (wie G291 oder G61) wird ausgeführt, während MD 18800 deaktiviert ist.	Konfigurieren Sie das Optionsbit und aktivieren Sie MD 18800, oder entfernen Sie die externen Dialektbefehle aus dem Programm.
Siemens	Alarm 61815 G40 nicht aktiv	Die Werkzeugradiuskorrektur ist vor dem Aufruf des Gewindebohrzyklus aktiv.	Programmieren Sie G40, um die Werkzeugradiuskorrektur vor dem Aufruf des Gewindebohrzyklus abzuwählen.
Siemens	Alarm 14011 Programm CYCLE3106 nicht verfügbar	Ein schneller Rückzug über G10.6 wird befohlen, aber das Unterbrechungsprogramm fehlt.	Laden Sie die erforderliche Datei CYCLE3106.spf in den Werkstückprogramm-Speicher.
Siemens	Alarm 16748 Spindeldrehzahl-/Getriebestufenwechsel unmöglich	Die Spindeldrehzahlüberwachung ist aktiv und ein Getriebestufenwechsel ist unter dem aktiven Getriebedatensatz unmöglich.	Überprüfen Sie die Getriebestufenparameter und stellen Sie sicher, dass die korrekten mechanischen Einstellungen aktiv sind.
Siemens	Alarm 61001 Gewindesteigung falsch	Die programmierten Parameter für die Gewindesteigung enthalten widersprüchliche oder ungültige Steigungswerte.	Korrigieren Sie die Steigungsparameterwerte (PIT/MPIT) in der CYCLE840-Zyklusdefinition.

Anwendungshinweis

Ein Bruch des Gewindebohrers und die sofortige Entstehung von Ausschuss sind die unvermeidlichen Folgen, wenn der Spindel-Override-Schalter während des G63-Zyklus manuell verändert wird. Siemens-Steuerungen schreiben zwingend vor, dass der Spindel-Override exakt auf 100 % stehen muss, da die Vorschubgeschwindigkeit mathematisch starr an die Spindeldrehzahl gekoppelt ist. Jede manuelle Drehung am Override-Potentiometer führt zu Schleppfehlern, da sich Vorschub und Drehzahl asynchron verschieben und dadurch die mechanischen Ausgleichsgrenzen des Längenausgleichsfutters überschritten werden. In der Folge reißt der Gewindebohrer die Flanken der neu geschnittenen Gewindegänge komplett aus, verklemmt sich im Werkstück und bricht ab, wodurch das Bauteil aufgrund einer irreparablen Toleranzüberschreitung als Ausschuss entsorgt werden muss.

Fazit

Die Vermeidung von Toleranzüberschreitungen und die Sicherung der Prozesssicherheit beim Gewindebohren mit Ausgleichsfutter erfordern die konsequente Einhaltung zweier Programmierregeln auf SINUMERIK-Steuerungen: Der Spindel-Override muss zwingend bei 100 % verriegelt bleiben, und der G63-Befehl muss sowohl für den Einfahrweg als auch für den Rückzugsweg explizit programmiert werden. Um teuren Ausschuss und Werkzeugbruch zu verhindern, sollten Programmierer standardmäßig auf den technologischen Zyklus CYCLE840 zurückgreifen, der Parameter wie den Sicherheitsabstand (SDIS) und die Gewindesteigung (PIT) automatisiert verwaltet. Vor dem eigentlichen Produktionsstart muss das Achsumkehrverhalten bei umgesteuerter Spindeldrehrichtung durch einen Trockenlauf in der Luft verifiziert werden.

Häufig gestellte Fragen (FAQ)

Wie konfiguriere ich CYCLE840 für ein Längenausgleichsfutter, wenn kein Spindelgeber an der Maschine vorhanden ist?

Wenn an der Spindel kein Drehgeber verbaut ist, müssen Sie im CYCLE840-Aufruf den Parameter ENC zwingend auf 1 (Vorschub programmieren) oder 11 (Vorschub berechnen lassen) setzen, um eine fehlerhafte Synchronisation und damit Ausschuss zu verhindern. Eine korrekte Konfiguration eliminiert die häufigste Ursache für Maßabweichungen bei diesem Befehl. Prüfen Sie vor dem Programmstart im Display der SINUMERIK-Steuerung, ob der ENC-Wert exakt der physischen Maschinenkonfiguration entspricht, und führen Sie einen Trockentest ohne Werkzeug durch.

Warum führt eine Abweichung des Berechnungsfaktors von F = S x Steigung beim G63-Gewindebohren sofort zu Ausschuss?

Da G63 im Gegensatz zu CYCLE840 keine automatischen Interpolationskorrekturen vornimmt, führt jeder mathematische Rundungsfehler bei F zu einer permanenten Stauchung oder Dehnung des Längenausgleichsfutters. Sobald der physische Ausgleichsweg der Federung erschöpft ist, gerät die Gewindetiefe außerhalb der Toleranz oder der Bohrer reißt ab. Berechnen Sie den Vorschubwert stets mit maximaler Nachkommastellengenauigkeit und tragen Sie den exakten Wert ohne Rundungen in den G-Code-Satz ein.

Welche Rolle spielt der Parameter _TECHNO bei der Prozesssicherheit des Gewindebohrens unter CYCLE840?

Der Parameter _TECHNO steuert auf SINUMERIK-Steuerungen das bremsfreie Umsteuern an den Satzgrenzen durch gezielte Auswahl der Genauhaltkriterien (G601/G602/G603) and Ruckbegrenzung (SOFT/BRISK), was Schwingungen im Werkzeug minimiert. Wird dieser Parameter nicht verifiziert, liegt das Ergebnis außerhalb der Toleranz — und der Fehler zeigt sich erst bei der Endmessung. Konfigurieren Sie die Einer- und Hunderterstelle von _TECHNO passend zur Steifigkeit Ihrer Maschine und verriegeln Sie den Wert in der Zyklusmaske.

Gewindebohren mit Ausgleichsfutter auf Siemens SINUMERIK