G96 und G97: Leitfaden zur konstanten Schnittgeschwindigkeit & Drehzahl

Einleitung

Ein Werkstück fliegt mit brutaler Wucht aus den Spannbacken des rotierenden Drehfutter, durchschlägt die Sicherheitsverglasung der Kabinentür und hinterlässt ein Trümmerfeld im Maschinenraum. Dieser katastrophale Unfall ist die direkte physikalische Konsequenz eines schwerwiegenden Programmierfehlers: die Aktivierung der konstanten Schnittgeschwindigkeit (G96) ohne eine vorherige mechanische Begrenzung der Spindeldrehzahl (G50 oder LIMS). Bewegt sich die Werkzeugspitze zur Drehmitte (Durchmesser 0,0), versucht die Steuerung mathematisch, die Spindel bis ins Unendliche zu beschleunigen, um die programmierte Schnittgeschwindigkeit konstant zu halten. Ohne Sicherheitsgrenze beschleunigt die Spindel unkontrolliert, bis die extreme Fliehkraft die Haltekraft des Spannfutters übersteigt. Wird dieser Parameter nicht verifiziert, liegt das Ergebnis außerhalb der Toleranz — und der Fehler zeigt sich erst bei der Endmessung.

Die präzise Steuerung der Spindelbedingungen basiert auf zwei modalen G-Codes der Gruppe 02: G96 für die konstante Schnittgeschwindigkeit (Constant Surface Speed, CSS) und G97 für die konstante Spindeldrehzahl (Umdrehungen pro Minute, U/min). Die Beherrschung des Zusammenspiels dieser Befehle und die sorgfältige Validierung der Steuerungsparameter sind das verfahrkinematische Fundament für Dreh- und Mill-Turn-Operationen. Korrekte Konfiguration eliminiert die häufigste Ursache für Maßabweichungen bei diesem Befehl und schützt Bediener und Maschine zuverlässig vor zerstörerischen Kollisionen auf Steuerungen von Fanuc, Siemens und Mitsubishi.

Technische Übersicht

Technisches Merkmal	Spezifikationsdetails
Primäre G-Codes	G96 (Konstante Schnittgeschwindigkeit EIN), G97 (Konstante Spindeldrehzahl / U/min modale Aufhebung)
Modalgruppe	Modale G-Code-Gruppe 02 (Fanuc / Mitsubishi) · Spindelsteuerungs-Modalgruppe (Siemens)
Unterstützte Steuerungen	Fanuc (System B/C und Standard-T-Serie), Siemens SINUMERIK, Mitsubishi M800V/M80V
Kritische Parameter	Fanuc: 3770 (Radialachse), 3771 (Min U/min), 3712 Bit 4 (CSA), 3708 Bit 5 (SOC) · Siemens: MD20100 (Querachse), SD43230 (LIMS-Grenzwert) · Mitsubishi: #1181 (G96-Achse), #1087 (G00 Eilgang-CSS)
Hauptsächliche physikalische Einschränkungen	Verboten während der Zylinderinterpolation (G07.1) und Starrgewindebohrzyklen. Das Spindelrotationszentrum muss als absoluter Nullpunkt der geometrischen Querachse dienen. Getriebestufenwechsel (M40-M44) sind gesperrt, während G96 aktiv ist.

Schnellleser

• Sicherheits-Drehzahlbegrenzung zuerst ausführen: Programmieren Sie vor G96 immer G50/G92 (Fanuc/Mitsubishi) oder LIMS (Siemens), um eine gefährliche Spindelbeschleunigung zu verhindern.
• Oberflächenqualität: Die konstante Schnittgeschwindigkeit (G96) erhöht die Spindeldrehzahl dynamisch, je näher sich das Schneidwerkzeug X0 nähert, wodurch die Schnittbedingungen gleichmäßig bleiben und der Werkzeugverschleiß minimiert wird.
• Starre Operationen: Verwenden Sie eine konstante Drehzahl (G97) für zentrische Bearbeitungen wie Bohren, Reiben oder Starrgewindebohren, um eine konstante Drehzahl unabhängig von der Werkzeugposition beizubehalten.
• Vorschubkopplung: Wenn der Vorschub pro Umdrehung (G94-G95 Vorschubmodi) aktiv ist, beschleunigt der Achsvorschub automatisch mit der Spindel, was die dynamische Achsbewegung beschleunigt.
• Mehrachs-Mapping: Referenzachsen können fliegend über die P-Adresse oder den Siemens-SCC-Befehl neu zugewiesen werden, was eine komplexe Mill-Turn- und Mehrspindelbearbeitung ermöglicht.
• Gewindebohr- und Gewindeschneidsperren: Neuberechnungen der Spindeldrehzahl werden während Gewindeschneidzyklen automatisch ausgesetzt, um Steigungsverzerrungen und Steigungsfehler zu verhindern.

Grundlegende Konzepte

In der Metallzerspanung ist die Lineargeschwindigkeit, mit der das Werkstückmaterial an der Schneidkante der Wendeschneidplatte vorbeiläuft, als Schnittgeschwindigkeit (v_c) definiert. Mathematisch wird diese Beziehung als v_c = (π × D × n) / 1000 ausgedrückt, wobei D den Werkstückdurchmesser an der Werkzeugspitze und n die Spindeldrehzahl (U/min) darstellt. Wenn eine Drehmaschine mit einer festen Drehzahl arbeitet, sinkt die lineare Schnittgeschwindigkeit kontinuierlich, je weiter das Werkzeug vom Außendurchmesser des Bauteils zur Mitte hin vorschiebt. Dieser Abfall der Lineargeschwindigkeit führt zu Veränderungen der Spandicke, ungenügenden Oberflächengüten im Planbereich und einer übermäßigen thermischen Belastung der Schneide, was die Standzeit drastisch verkürzt.

Um dies zu verhindern, weist die konstante Schnittgeschwindigkeit (G96) die CNC-Steuerung an, die erforderliche Spindeldrehzahl in Echtzeit dynamisch zu berechnen. Je näher sich die Querachse (typischerweise die radiale X-Achse) dem Drehzentrum nähert, desto schneller beschleunigt die Steuerung automatisch die Spindel, um die programmierte Schnittgeschwindigkeit beizubehalten. Dies garantiert eine absolut gleichmäßige Oberflächengüte über das gesamte Planprofil und ermöglicht einen hocheffizienten Werkzeugeinsatz. Umgekehrt deaktiviert G97 die konstante Schnittgeschwindigkeit (CSS) und verriegelt die Spindel auf einer konstanten Drehzahl. G97 ist unverzichtbar bei Operationen, bei denen sich die Schneidwirkung des Werkzeugs strikt auf die Spindelrotationsmitte konzentriert (z. B. Zentrierbohren, Reiben und Gewindebohren), oder wenn die mechanische Synchronisation zwischen Spindeldrehung und Linearachsen starr gekoppelt sein muss, wie es bei Gewindeschneidzyklen der Fall ist.

Befehlsstruktur

Die CNC-Programmierung erfordert je nach Herstellermarke und Steuerungstyp spezifische Syntaxformate. Da die Spindeldrehzahlbegrenzung eine grundlegende Sicherheitsbarriere darstellt, muss sie vor oder zusammen mit der Aktivierung von G96 deklariert werden. Die Verwendung einer falschen Syntax oder das Weglassen des Begrenzungsbefehls führt zu sofortigen Programmstopps oder gefährlichen Betriebsszenarien.

Die Satzformate für die drei großen industriellen Steuerungssysteme sind wie folgt strukturiert:

• Fanuc-Drehmaschinen (T-Serie): G50 S[MaxU/min]; gefolgt von G96 S[Schnittgeschwindigkeit] M03;. Zum Aufheben und Verriegeln der Drehzahl: G97 S[FesteDrehzahl] M03;. Fanuc-Bearbeitungszentren (M-Serie) oder Drehprogramme, die unter dem G-Code-System B/C laufen, nutzen G92 anstelle von G50 für die maximale Drehzahlbegrenzung. Eine optionale P-Adresse wählt die aktive Achse für die Koordinatenberechnung.
• Siemens-Steuerungen: LIMS = [MaxU/min]; gefolgt von G96 S[Schnittgeschwindigkeit] M3;. Siemens bietet erweiterte Schnittcodes: G961 aktiviert die konstante Schnittgeschwindigkeit mit einem linearen Vorschub (mm/min), während G971 CSS aufhebt und den linearen Vorschub erzwingt. Der Befehl SCC[Achse] erlaubt die fliegende Neuzuweisung der Berechnungsachse während des Programmlaufs.
• Mitsubishi-Steuerungen: G92 S[MaxU/min] [QMinU/min]; gefolgt von G96 S[Schnittgeschwindigkeit] [PAchse];. Zum Aufheben: G97 S[FesteDrehzahl];. Mitsubishi unterstützt einzigartig eine Mindestdrehzahlbegrenzung unter Verwendung der Q-Adresse innerhalb des G92/G50-Blocks.

Markenanwendungen

Fanuc

Fanuc CNC-Steuerungen nutzen modale Befehle der Gruppe 02 zur Verwaltung der Spindeldrehzahl-Logik mit einem hohen Maß an Parameteranpassung. Die radiale Berechnungsachse ist standardmäßig der physischen X-Achse zugeordnet, Maschinenhersteller können jedoch Parameter 3770 für die Unterstützung anderer Achsen konfigurieren. Wenn G96 aktiv ist, beschleunigt die Spindel in Echtzeit, sobald der radiale Werkzeugabstand sinkt. Bediener müssen jedoch die aktiven Koordinatensysteme und physischen Grenzen des Spannfutters sorgfältig prüfen, um Gefahren durch extrem hohe Drehzahlen zu vermeiden.

Um ein gefährliches Hochlaufen der Spindel zu verhindern, kann der Parameter 3712 Bit 4 (CSA) auf 1 gesetzt werden. Dies zwingt die Steuerung dazu, einen Alarm PS5557 auszugeben und die Ausführung zu stoppen, falls seit dem Einschalten ein G96-Block ohne vorherigen Spindeldrehzahl-Begrenzungsbefehl (G50 oder G92) aufgerufen wird. Darüber hinaus steuert Parameter 3708 Bit 5 (SOC) das Override-Potentiometer: Wenn dieser auf 1 gesetzt ist, wendet die Steuerung die maximale Spindeldrehzahlbegrenzung nach der manuellen Override-Berechnung an. Dies verhindert, dass die Spindel das sichere G50-Limit überschreitet, selbst wenn der Override auf 120 % gedreht wird.

Parameter	Alarmcodes	Versionsunterschiede
3770: Kennung der radialen Berechnungsachse (0 bis Anzahl der Achsen). Wenn 0, hat die P-Adresse keine Wirkung. 3771: Mindestspindeldrehzahl während CSS (0 bis 99.999.999 min−1). 3708 Bit 5 (SOC): Override-Sicherheit (0 = Begrenzung vor Override; 1 = Begrenzung nach Override). 3712 Bit 4 (CSA): Sperre bei fehlender Begrenzung (0 = kein Alarm; 1 = Alarm PS5557).	PS5557: Fehlende Drehzahlbegrenzung vor G96. PS5355: Fehlender Schnittgeschwindigkeits-S-Code bei Mehrspindelauswahl. PS0190: Achsadressenkonflikt durch P-Adresszuweisung. PS0200: Unzulässiges G96 während eines Starrgewindebohrzyklus befohlen (Parameter 5209 Bit 6 ist 1).	Bearbeitungszentren (M-Serie) und Drehmaschinen, die die G-Code-Systeme B und C nutzen, erfordern G92 zum Setzen der Spindeldrehzahlbegrenzung. Drehmaschinen, die unter dem G-Code-System A laufen, verwenden G50 für diese Spindeldrehzahl-Begrenzungseinstellung.

Bediener müssen den Reitstockabstand und die Spannkraft der Spannbacken beim Betrieb mit G96 sorgfältig prüfen. Da der Vorschub im Vorschub-pro-Umdrehung-Modus physisch an die Spindeldrehzahl gekoppelt ist, beschleunigt der lineare Achsvorschub nahe dem Bauteilzentrum extrem schnell, was zu mechanischen Kollisionen führen kann, wenn Sicherheitszonen ignoriert werden.

Siemens

Siemens SINUMERIK-Steuerungen bieten eine hochflexible Spindeldrehzahlregelung, indem sie die erforderlichen Spindeldrehzahlwerte basierend auf der in den Maschinendaten MD20100 definierten geometrischen Querachse berechnen. Diese Konfiguration ermöglicht präzise TCP-Berechnungen (Tool Center Point). Programmierer müssen jedoch sicherstellen, dass der Nullpunkt der Querachse absolut exakt auf die Spindelrotationsmitte ausgerichtet ist. Eine Verschiebung des Koordinatensystems weg von der physischen Mitte mittels programmierbarer Nullpunktverschiebungen (wie ATRANS) führt dazu, dass die Steuerung falsche Durchmesser berechnet, was zu fehlerhaften Schnittgeschwindigkeiten und Schäden führen kann.

Das Siemens-System erfordert eine modale LIMS-Einstellung, um die maximale Drehzahl der master spindle zu begrenzen. Ein negativer Spindeldrehzahl-Begrenzungswert löst sofort den Alarm 14820 aus und stoppt das Programm. Wenn die Geometrieachse in MD20100 völlig undefiniert ist, erzeugt die Steuerung sofort den Alarm 10870, um unkontrollierte Bewegungen zu verhindern. Getriebestufenwechsel (M40) sind vollständig blockiert, während G96 oder G961 aktiv ist.

Parameter	Alarmcodes	Versionsunterschiede
MD20100 $MC_DIAMETER_AX_DEF: Funktionseinstellung der geometrischen Querachse. SD43230 $SA_SPIND_MAX_VELO_LIMS: Aktiver LIMS-Spindeldrehzahl-Speicher (0,1 bis 9999 9999,9 U/min). SD43210 $SA_SPIND_MIN_VELO_G25: Untere Spindeldrehzahlgrenze. MD35140 $MA_GEAR_STEP_MIN_VELO_LIMIT: Minimale Getriebestufengrenze.	Alarm 10900: S-Wert fehlt für konstante Schnittgeschwindigkeit G96/G961. Alarm 14820: Negative maximale Spindeldrehzahl in LIMS programmiert. Alarm 10870: Querachse in MD20100 undefiniert. Alarm 14824: Konflikt: GWPS und konstante Schnittgeschwindigkeit (G96) sind gleichzeitig aktiv. Alarm 10860: Fehlender F-Vorschubwert im aktiven G96/G961-Block.	Im nativen Siemens-Modus (G290) schaltet die Aktivierung von G96 automatisch den Umdrehungsvorschub (G95) ein, während G961 einen linearen Vorschub (G94) erzwingt. Im ISO-Dialektmodus (G291) hebt der Spezialbefehl G973 CSS auf und deaktiviert explizit die aktive LIMS-Begrenzung.

Bediener müssen bedenken, dass beim Übergang vom Planen unter G96 zurück zum Standardbohren der Befehl G97 die Spindel auf der zuletzt berechneten Drehzahl einfriert. Programmierer sollten nach G97 immer einen neuen S-Wert deklarieren, um zu verhindern, dass die Spindel mit einer unsicheren oder unproduktiven Drehzahl weiterdreht.

Mitsubishi

Mitsubishi M800V/M80V-Steuerungen bieten dynamische Möglichkeiten zur Spindelanpassung, mit denen Bediener die Referenzachsen fliegend über eine P-Adresse verschieben können (z. B. G96 S200 P2). Wenn die Parameter #1146 und #1284 so konfiguriert sind, dass sie Sicherheitsprüfungen erzwingen, löst ein G96-Befehl ohne vorherigen G92-Spindelbegrenzungsblock einen Alarm 'G96 Clamp Err.' aus. Wenn Parameter #1284 auf 1 gesetzt ist, wird diese Sicherheitsüberprüfung überbrückt, was bedeutet, dass die Maschine ohne Warnung arbeitet und die Spindel unkontrolliert bis zum absoluten mechanischen Grenzwert bei X0 beschleunigt, wodurch die Gefahr besteht, dass das Werkstück durch Fliehkraft herausgeschleudert wird.

Eine einzigartige Eigenschaft der Mitsubishi-Steuerung ist ihr Verhalten während fliegender Koordinatenwechsel (G140/G141). Wenn Achsen während eines aktiven G96-Satzes vorübergehend vertauscht werden, löst die Steuerung keinen Alarm aus. Stattdessen sperrt sie die Spindeldrehzahl automatisch auf ihrem letzten sicheren Wert, wartet, bis die ursprüngliche Achsanordnung wiederhergestellt ist, und setzt dann die Berechnungen der konstanten Schnittgeschwindigkeit nahtlos fort.

Parameter	Alarmcodes	Versionsunterschiede
#1181 G96_ax: Standard-CSS-Achseinstellung. Wenn 0, ist die Achse auf die erste Achse fixiert (P-Code ist ungültig). #1087 G96_G0: CSS-Berechnung bei Eilgangbewegung (0 = kontinuierlich; 1 = Berechnung nur am Blockendpunkt). #1146 Sclamp: Aktivierungsschalter für Spindelsicherheitsbegrenzungsprüfung. #1284 ext20/Bit0: Deaktivierung der Begrenzungsprüfung (0 = Prüfung aktiv; 1 = Prüfung überbrückt).	G96 Clamp Err.: G96-Befehl ohne vorherige Spindeldrehzahlbegrenzung ausgegeben. Illegal P-No. G96 (P133): Achsauswahl außerhalb des Bereichs über P-Adresse. Bedienfehler (M01 1113): Systemübergreifender Konflikt: G96 während des Gewindeschneidens/-bohrens in einem anderen System befohlen.	Unter Mehrspindelsteuerung I (L-Systeme) löst eine fehlende Spindelbegrenzung einen Programmfehler P134 aus und stoppt die Ausführung. Unter Mehrspindelsteuerung II wird ein Bedienfehler M01 1043 ausgesetzt, der G96 aussetzt, aber die zuvor aktive Spindeldrehzahl sicher beibehält.

Um schweren mechanischen Verschleiß zu vermeiden, kann der Parameter #1087 (G96_G0) auf 1 gesetzt werden. Dies verhindert, dass die Spindel während Eilgangbewegungen (G00) zwischen den Schnitten extrem stark beschleunigt und abbremst, da die Spindeldrehzahl erst am Endpunkt des Verfahrsatzes berechnet wird.

Markenvergleich

Obwohl die physikalischen Prinzipien der konstanten Schnittgeschwindigkeit auf allen Plattformen identisch sind, unterscheiden sich die Implementierung, Parameterzuordnung und Sicherheitsprüfungen zwischen Fanuc, Siemens und Mitsubishi erheblich. Die folgende Tabelle bietet einen umfassenden Vergleich darüber, wie diese drei führenden CNC-Steuerungsmarken die Spindelsteuerung ausführen.

Vergleichsmerkmal	Fanuc	Siemens	Mitsubishi
CSS-Aktivierung	G96 (Modale Gruppe 02)	G96, G961, G962 (Modale Gruppe)	G96 (Modale Gruppe 02)
Feste Drehzahl / Aufheben	G97 (Modale Gruppe 02)	G97, G971, G972, G973	G97 (Modale Gruppe 02)
Spindelbegrenzungsbefehl	G50 S[Drehzahl] (Drehmaschinen System A) G92 S[Drehzahl] (Fräsmaschinen / System B/C)	LIMS=[Wert] oder LIMS[Spindel]=[Wert]	G92 S[Drehzahl] [Qmin] oder G50 S[Drehzahl] [Qmin]
Achsen-Neuzuweisung	Anhängen der Adresse P1 bis P8 im G96-Block (erfordert Parameter 3770)	SCC[Achse] dynamisch programmiert	P-Adresse im G96-Block (erfordert Parameter #1181)
Mindestdrehzahl-Einstellung	Parameter 3771	SD43210 $SA_SPIND_MIN_VELO_G25	Q-Adresse im G92/G50-Begrenzungsblock
CSS-Handling bei G00-Eilgang	Kontinuierliche Drehzahlberechnung während der gesamten Bewegung	Kontinuierliche Drehzahlberechnung während der gesamten Bewegung	Parameter #1087 G96_G0 wählt kontinuierlich (0) vs. Endpunkt (1)
Mehrspindelbegrenzung	Setzt die Begrenzung nur für die aktive master spindle	Definiert bis zu 4 Spindellimits gleichzeitig in einem Block (LIMS=... LIMS[11]=...)	Setzt das Limit für die aktive Spindel basierend auf Spindelauswahlparametern
Warnung bei fehlender Begrenzung	Alarm PS5557 (wenn Parameter 3712 Bit 4 = 1)	— (keine Quelle)	G96 Clamp Err. (Programmfehler P134 unter MSC I / Bedienfehler M01 1043 unter MSC II)

Technische Analyse

Die Analyse der Systemarchitekturen dieser drei CNC-Steuerungen verdeutlicht grundlegend unterschiedliche Konstruktionsphilosophien in Bezug auf die Spindeldrehzahlregelung. Fanuc fokussiert sich stark auf feingranulare, parameterbasierte Sicherheitsbarrieren. Unter Verwendung des Parameters 3708 Bit 5 (SOC) können Maschinenhersteller die Spindeldrehzahlbegrenzung absolut manipulationssicher unterhalb des physischen Grenzwerts des Spannfutters sperren, völlig unabhängig vom manuellen Override-Potentiometer des Bedieners. Selbst wenn ein Bediener den Spindel-Override auf 120 % einstellt, wird die mathematisch berechnete Drehzahl fest auf den G50-Wert gedeckelt, was ein fliehkraftbedingtes Versagen des Spannfutters zuverlässig verhindert. Zudem bietet die P1- bis P8-Adressierung von Fanuc eine elegante Möglichkeit, bis zu acht Hilfsachsen für die Radienberechnung abzubilden, was eine hervorragende Kompatibilität für komplexe Mehrschlitten-Drehzentren gewährleistet.

Im Gegensatz dazu priorisiert die Siemens SINUMERIK eine fortschrittliche algorithmische Regelung und eine dynamische Flexibilität der CNC-Befehle im laufenden Betrieb. Siemens erlaubt dem Programmierer, die aktive Querachse mittels des Befehls SCC[Achse] fliegend neu zuzuweisen. Beispielsweise können bei einer Mill-Turn-Maschine mit einer Hilfs-Y-Achse die radialen G96-Berechnungen mitten im Programm ohne Parametereingriffe von X auf Y verlagert werden. Darüber hinaus können Programmierer unabhängige Spindelbegrenzungen für bis zu vier getrennte Spindeln in einem einzigen Programmsatz deklarieren (z. B. LIMS=3000 LIMS[11]=2500 LIMS[12]=1200). Dies ermöglicht eine zeitgleiche Steuerung von Hauptspindel, Gegenspindel und angetriebenen Werkzeugspindeln direkt aus dem CNC-Programm heraus. Die Integration nativer Befehle wie G961 und G973 erlaubt zudem die Entkopplung von Standard-Vorschubkopplungen für hochentwickelte Schleif- und Fräsoperationen.

Mitsubishi verfolgt einen hybriden Ansatz und kombiniert die dynamische P-Adressierung von Fanuc mit intelligenten Achsverwaltungssystemen. Der Mitsubishi-Parameter #1087 (G96_G0) erweist sich als hocheffizientes Werkzeug zur Verschleißminderung: Durch die Beschränkung der CSS-Berechnungen ausschließlich auf den Endpunkt eines Eilgang-Positioniersatzes (G00) wird verhindert, dass der Spindelmotor bei Leerfahrten in der Luft unruhig regelt und pendelt. Dies spart elektrische Energie und reduziert den Getriebeverschleiß massiv. Zusätzlich sichert die Achswechsel-Logik (G140/G141) eine reibungslose Koordination in Mehrkanalsystemen: Tritt ein Achswechsel bei aktivem G96 auf, friert die Steuerung die Spindeldrehzahl auf dem letzten sicheren Wert ein. Dadurch wird unkontrolliertes Verhalten während des Übergangszustands vermieden, und die dynamischen Berechnungen werden nach Abschluss des Achswechsels vollautomatisch fortgesetzt.

Programmbeispiele

Die folgenden Blöcke zeigen die korrekte Programmiersequenz zur sicheren Etablierung maximaler Spindelgrenzen und zur Aktivierung der konstanten Schnittgeschwindigkeit auf Fanuc-, Siemens- und Mitsubishi-Steuerungen. Jedes Beispiel enthält eine schrittweise Analyse im **Trockenlauf (dry run)**, die zeigt, wie die CNC-Steuerung die G-Code-Zeilen während der Ausführung interpretiert.

Fanuc-Programmierbeispiel

G50 S2500;
G96 S150 M03;
G00 X100. Z2.0;
G01 X20. F0.2;
G97 S1200 M03;
G96 S200 P2;

Trockenlauf-Analyse:

• G50 S2500: Die Steuerung liest die maximale Spindeldrehzahlbegrenzung ein und setzt eine strikte Sicherheitsgrenze von 2500 U/min. Die Spindel dreht sich noch nicht.
• G96 S150 M03: Die Steuerung aktiviert die konstante Schnittgeschwindigkeit bei 150 m/min und startet die Spindel-Vorwärtsdrehung (M03). Die Drehzahl wird basierend auf der aktuellen radialen Position des Werkzeugs berechnet.
• G00 X100. Z2.0: Das Werkzeug positioniert sich im Eilgang auf Durchmesser X100.0. Die Steuerung berechnet die Spindeldrehzahl für diesen Durchmesser: n = (150 × 1000) / (π × 100) ≈ 477 U/min. Die Spindel beschleunigt auf 477 U/min.
• G01 X20. F0.2: Das Werkzeug verfährt mit einem Vorschub von 0,2 mm/U auf Durchmesser X20.0. Die Steuerung beschleunigt die Spindel kontinuierlich und dynamisch: n = (150 × 1000) / (π × 20) ≈ 2387 U/min. Die Drehzahl gleitet während des Planschnitts gleichmäßig von 477 U/min auf 2387 U/min hoch.
• G97 S1200 M03: Die konstante Schnittgeschwindigkeit wird aufgehoben und die Spindel läuft starr auf 1200 U/min, wobei jede weitere Bewegung der Radialachsen ignoriert wird.
• G96 S200 P2: Die konstante Schnittgeschwindigkeit wird mit 200 m/min reaktiviert, wobei die Steuerung die Berechnungsreferenz auf die 2. Geometrieachse verlagert (definiert durch Parameter 3770).

Siemens-Programmierbeispiel

N10 LIMS=2500;
N20 G96 S120 M3;
N30 G0 X100 Z2;
N40 G1 X20 F0.2;
N50 G97 S1200 M3;
N60 SCC[X2];
N70 G96 M3 S20;
N80 LIMS=300 LIMS[11]=450 LIMS[12]=800 LIMS[13]=1500;

Trockenlauf-Analyse:

• N10 LIMS=2500: Die maximale Spindeldrehzahlbegrenzung für die master spindle wird modal auf 2500 U/min gesetzt. Der Wert wird im Einstellungsdatum SD43230 gespeichert.
• N20 G96 S120 M3: Die konstante Schnittgeschwindigkeit wird bei 120 m/min aktiviert und die master spindle startet die Drehung im Uhrzeigersinn. G96 aktiviert automatisch den Umdrehungsvorschub (G95).
• N30 G0 X100 Z2: Das Werkzeug verfährt auf Position X100. Die Steuerung berechnet die erforderliche Drehzahl: n = (120 × 1000) / (π × 100) ≈ 382 U/min. Die Spindel beschleunigt auf 382 U/min.
• N40 G1 X20 F0.2: Das Werkzeug plant das Werkstück bis auf Durchmesser X20. Die Spindel beschleunigt dynamisch zur Einhaltung von 120 m/min: n = (120 × 1000) / (π × 20) ≈ 1910 U/min. Dieser Drehzahlwert liegt sicher unter der LIMS-Grenze von 2500 U/min.
• N50 G97 S1200 M3: Die konstante Schnittgeschwindigkeit wird deaktiviert. Die Spindel verriegelt auf einer konstanten Drehzahl von 1200 U/min, wobei der Umdrehungsvorschub aktiv bleibt.
• N60 SCC[X2]: Die Referenzachse für die Radienberechnung der konstanten Schnittgeschwindigkeit wird fliegend der Kanalachse X2 neu zugewiesen.
• N70 G96 M3 S20: CSS wird mit 20 m/min reaktiviert, wobei die Spindeldrehzahlberechnungen nun der Position der Kanalachse X2 folgen.
• N80 LIMS=300 LIMS[11]=450 LIMS[12]=800 LIMS[13]=1500: Spindelsicherheitsgrenzen werden zeitgleich für die Hauptspindel (300 U/min) und drei Nebenspindeln (Spindeln 11, 12 und 13) festgelegt.

Mitsubishi-Programmierbeispiel

G92 S4000 Q200;
G96 S200 P1;
M3;
G0 X100 Z2;
G1 X20 F0.2;
G96 P2;
G97 S1000;

Trockenlauf-Analyse:

• G92 S4000 Q200: Die Spindeldrehzahlgrenzwerte werden etabliert: ein maximales Limit von 4000 U/min (S4000) and ein minimales Limit von 200 U/min (Q200).
• G96 S200 P1: Die Steuerung der konstanten Schnittgeschwindigkeit wird bei 200 m/min aktiviert, wobei die 1. Achse (P1) als Berechnungsreferenz dient.
• M3: Die Spindel-Vorwärtsdrehung startet. Die Spindel dreht sich mit der berechneten Drehzahl für die aktuelle Werkzeugposition.
• G0 X100 Z2: Das Werkzeug fährt im Eilgang auf X100.0. Die Steuerung berechnet: n = (200 × 1000) / (π × 100) ≈ 636 U/min. Die Spindel beschleunigt auf 636 U/min.
• G1 X20 F0.2: Das Werkzeug führt den Planschnitt aus. Die Steuerung beschleunigt die Spindel kontinuierlich und dynamisch in Richtung X20: n = (200 × 1000) / (π × 20) ≈ 3183 U/min. Die Spindeldrehzahl gleitet während des Zerspanungsvorgangs ruckfrei hoch.
• G96 P2: Die Steuerung verlagert fliegend die Berechnungsreferenz der konstanten Schnittgeschwindigkeit von der 1. Achse auf die 2. Achse (Z-Achse / Achse 2).
• G97 S1000: Die konstante Schnittgeschwindigkeit wird aufgehoben und die Spindel fest auf eine Drehzahl von 1000 U/min verriegelt.

Fehleranalyse

Bedienfehler und Alarme sind bei der Einrichtung oder Änderung von Programmen mit G96 und G97 häufig. Die folgende Tabelle listet die wichtigsten Alarme für Fanuc-, Siemens- und Mitsubishi-Steuerungen auf und enthält Details zu deren Auslösern, Symptomen sowie die zur Behebung erforderlichen Ursachen und Lösungen.

Alarm / Code	Ausloesebedingung	Bediener-Symptom	Ursache & Behebung
Fanuc PS5557	G96 wird befohlen, ohne dass seit dem Einschalten eine maximale Spindeldrehzahlbegrenzung (G92 oder G50) aktiv war.	Die Maschine stoppt sofort vor Ausführung des G96-Blocks und zeigt an: „NO MAX SP SPEED CLAMP COMMAND“.	Ursache: Parameter 3712 Bit 4 (CSA) ist auf 1 gesetzt, um fehlende Begrenzungen zu blockieren. Lösung: Fügen Sie vor dem G96-Satz einen Drehzahlbegrenzungsblock mit G50 (T-Serie) oder G92 (M-Serie) ein.
Fanuc PS0200	Die konstante Schnittgeschwindigkeit G96 ist während eines Starrgewindebohrzyklus aktiv.	Die Steuerung stoppt und zeigt an: „ILLEGAL S CODE COMMAND“. Gewindebohrzyklus schlägt fehl.	Ursache: Gewindebohren erfordert eine starre Synchronisation. Parameter 5209 Bit 6 ist auf 1 gesetzt. Lösung: Programmieren Sie im Satz vor dem Gewindebohrzyklus (G84/G88) einen konstanten Drehzahlbefehl G97.
Siemens Alarm 10900	G96 oder G961 wird zum ersten Mal in einem Teilprogramm ohne einen S-Schnittgeschwindigkeitswert im Block angewählt.	Das Programm stoppt an dem Satz und zeigt an: „Kein S-Wert für konstante Schnittgeschwindigkeit programmiert“.	Ursache: Die Steuerung hat keinen modalen Schnittgeschwindigkeitwert gespeichert. Lösung: Programmieren Sie im ersten Block explizit einen S-Wert (z. B. G96 S150), um die Schnittgeschwindigkeit zu etablieren.
Siemens Alarm 14820	Es wird ein negativer Wert für die maximale Spindeldrehzahl über LIMS programmiert, während G96/G961 aktiv ist.	Die NC-Ausführung stoppt und zeigt an: „Negative maximale Spindeldrehzahl für G96, G961 programmiert“.	Ursache: Negative Werte sind für Spindeldrehzahlbegrenzungen mathematisch unzulässig. Lösung: Ändern Sie die LIMS-Anweisung in einen positiven Grenzwert (z. B. LIMS = 2500) im Bereich von 0,1 bis 9999999,9.
Siemens Alarm 10870	G96, G961 oder G962 ist aktiv, es ist jedoch keine Querachse in den Hintergrund-Maschinendaten definiert.	Die Maschine stoppt und der Bildschirm zeigt an: „Keine Querachse definiert“.	Ursache: Die geometrische Querachse ist in den Maschinendaten MD20100 undefiniert. Lösung: Definieren Sie die Geometrieachse (typischerweise X) in MD20100 als Querachse für die Radienberechnung.
Mitsubishi G96 Clamp Err.	Ein G96-Befehl wird ohne vorherige Drehzahlbegrenzung (G92/G50) ausgegeben.	Der automatische Zyklus stoppt sofort und das Steuerungspanel zeigt an: „G96 Clamp Err.“	Ursache: Parameter #1146 (Sclamp) ist auf 1 gesetzt, um fehlende Begrenzungen abzufangen. Lösung: Drücken Sie RESET, prüfen Sie das Programm und fügen Sie vor dem G96-Satz einen G92- oder G50-Drehzahlbegrenzungsblock ein.
Mitsubishi Programm Error P134	Mehrspindelsteuerung I: G96 wird ohne Drehzahlbegrenzung ausgegeben und Parameter #1448 ist auf 0 gesetzt.	Der Zyklus wird abgebrochen, der G96-Satz ignoriert und der Bildschirm zeigt an: „Programmfehler P134“.	Ursache: Die Spindelsicherheitsprüfung ist unter Mehrspindelsteuerung I fehlgeschlagen. Lösung: Setzen Sie die Maschine zurück und programmieren Sie vor G96 einen gültigen G92- oder G50-Spindeldrehzahlbegrenzungsblock.
Mitsubishi Operation Error M01 1043	Mehrspindelsteuerung II: Der Drehzahlbegrenzungsbefehl ist für die ausgewählte Spindel ungültig.	Die Maschine stoppt mit einer Bedienfehlerwarnung: „Bedienfehler M01 1043“.	Ursache: Die Spindelsicherheitsprüfung ist unter Mehrspindelsteuerung II fehlgeschlagen. Lösung: Geben Sie den G92- oder G50-Spindeldrehzahlbegrenzungsbefehl erst nach der expliziten Auswahl der Spindel aus.

Anwendungshinweis

Die unkontrollierte Beschleunigung der Spindel im Bereich der Drehmitte (X0) führt unweigerlich zu massiven Fliehkräften, Werkzeugbruch und teurem Ausschuss, wenn der Drehzahlbegrenzungsbefehl vor G96 fehlt. Um diesen gravierenden Produktionsrisiken vorzubeugen, bieten moderne Steuerungen detaillierte Diagnoseparameter, die vor dem Systemstart verifiziert werden müssen. Auf Fanuc-Steuerungen erzwingt die Konfiguration von Parameter 3712 Bit 4 (CSA) auf 1 einen sofortigen Programm- und Spindelstopp unter dem Alarm PS5557 (NO MAX SP SPEED CLAMP COMMAND), falls der G96-Befehl ohne ein vorhergehendes G50 oder G92 ausgeführt wird. Siemens-Systeme speichern und überwachen diese Grenzwerte über das Einstellungsdatum SD43230 ($SA_SPIND_MAX_VELO_LIMS), wobei unzulässige negative Werte sofort den Alarm 14820 auslösen. Bei Mitsubishi M800V/M80V-Steuerungen fängt die Aktivierung des Parameters #1146 (Sclamp) fehlende Drehzahldeckelungen ab; ist jedoch der Override-Parameter #1284 Bit 0 auf 1 konfiguriert, wird diese Schutzprüfung überbrückt, wodurch die Spindel ungehindert bis zum absoluten mechanischen Grenzwert bei X0 hochläuft. Zudem verhindert der Mitsubishi-Parameter #1087 (G96_G0) mit der Einstellung 1 ein extremes, verschleißförderndes Aufheulen des Spindelmotors während der Eilgangpositionierung (G00), da die Schnittgeschwindigkeit ausschließlich am Blockendpunkt berechnet wird.

Für eine lückenlose Prozesssicherheit muss die Drehzahldeckelung perfekt auf das physikalische Spannmittel und das Werkstückgewicht abgestimmt sein. Ein verfehlter Drehzahlwert führt beim Plan- und Einstechdrehen zu Maßabweichungen durch Fliehkraft-Spannkraftverluste am rotierenden Keilringfutter oder Spannzylinder. Um Toleranzüberschreitungen und ungeplante Stillstandszeiten zu vermeiden, sollten Einrichter diese Parameterwerte bei jeder Maschineneinrichtung überprüfen. Wird dieser Parameter nicht verifiziert, liegt das Ergebnis außerhalb der Toleranz — und der Fehler zeigt sich erst bei der Endmessung.

Verwandte Befehle

Die Funktionen zur konstanten Schnittgeschwindigkeit arbeiten nicht isoliert. Sie stehen in engem Verbund mit Koordinatensystem-Einstellungen, Vorschubmodi und Gewindezyklen. Das Verständnis der folgenden verwandten Befehle ist für eine korrekte Integration unerlässlich:

• G50 / G92 (Fanuc/Mitsubishi): Dient zum Setzen der maximalen Spindeldrehzahlbegrenzung (z. B. G50 S2500), um eine gefährliche Spindelbeschleunigung nahe dem Drehzentrum zu verhindern.
• LIMS (Siemens): Setzt die obere Spindeldrehzahlgrenze (z. B. LIMS=2500) für die funktion der konstanten Schnittgeschwindigkeit innerhalb des Bearbeitungsprogramms.
• SCC (Siemens): Weist fliegend eine Geometrieachse als Querachse für die Radienberechnung der konstanten Schnittgeschwindigkeit zu.
• G94 / G95 (und G98 / G99): Vorschubmodi, bei denen G94/G98 den Vorschub pro Minute (mm/min) und G95/G99 den Vorschub pro Umdrehung (mm/U) festlegt. Unter G96 beschleunigt der Verfahrweg unter G95/G99 dynamisch mit dem Hochlaufen der Spindel.
• G32 / G33 / G76: Gewindeschneid- und Gewindebohrzyklen. Die Steuerung setzt während dieser Zyklen die CSS-Berechnungen automatisch aus und verriegelt die Spindel auf einer konstanten Drehzahl, um Steigungsverzerrungen und Steigungsfehler zu verhindern.

Fazit

Die kompromisslose Etablierung starrer Programmierrichtlinien und die präzise Parametrierung der Spindelgrenzen sind der effektivste Schutz vor teuren Maschinenschäden, Werkzeugbrüchen und Ausschuss. Jedes CNC-Drehprogramm muss eine eindeutige Sicherheitssequenz aufweisen, in der die Spindeldrehzahlbegrenzung (G50, G92 oder LIMS) zwingend vor dem G96-Schnittwertaufruf deklariert wird. Die Verifizierung von Steuerungsparametern wie Fanuc 3708 Bit 5 (SOC), wodurch der Drehzahlgrenzwert auch bei einem manuellen Drehzahl-Override von 120 % manipulationssicher aufrechterhalten wird, sichert die Wiederholgenauigkeit in der Serienfertigung. Korrekte Konfiguration eliminiert die häufigste Ursache für Maßabweichungen bei diesem Befehl. Führen Sie vor jedem automatischen Produktionsstart einen Trockenlauf (dry run) und eine grafische Spurtoleranzprüfung durch. Nur durch diese prozessbegleitenden Maßnahmen lassen sich ungeplante Stillstandszeiten eliminieren, Rüstzeiten verkürzen und eine Null-Fehler-Quote in der Zerspanung dauerhaft realisieren.

Häufig gestellte Fragen (FAQ)

Wie lässt sich bei einer Mitsubishi-Steuerung verhindern, dass der Spindelmotor bei Eilgangbewegungen (G00) zwischen den Schnitten unnötig aufheult und verschleißt?

Bei Eilgangbewegungen (G00) über große Durchmesseränderungen hinweg berechnet die Steuerung standardmäßig kontinuierlich die Schnittgeschwindigkeit neu, was zu einer extremen, sprunghaften Beschleunigung des Spindeltriebs führt. Um diesen massiven elektrischen und mechanischen Verschleiß zu verhindern, konfigurieren Sie den Mitsubishi-Parameter #1087 (G96_G0) auf 1. In diesem Zustand wird die neue Spindeldrehzahl erst am Endpunkt des Positionierblocks berechnet und ruckfreie Übergänge gewährleistet. Praktische Maßnahme: Überprüfen Sie den Parameter #1087 bei der Optimierung Ihrer Schruppzyklen und setzen Sie ihn auf 1, um die thermische Belastung des Spindelantriebs zu minimieren.

Warum führt ein aktiver Nullpunktversatz (wie ATRANS bei Siemens) bei aktiver CSS (G96) zu unvorhersehbarem Spindelhochlauf und Ausschuss?

Die Steuerung berechnet die Spindeldrehzahl im G96-Modus basierend auf dem Abstand zwischen der Werkzeugspitze und dem programmierten Werkstücknullpunkt auf der Planachse. Wenn Sie einen inkrementellen oder absoluten Nullpunktversatz auf der X-Achse programmieren, verschiebt sich die mathematische Radienberechnung gegenüber dem physischen Spindelzentrum. Dies führt dazu, dass die Steuerung einen falschen Durchmesser zur Schnittwertberechnung heranzieht, was falsche Schnittgeschwindigkeiten und erhebliche Maßabweichungen zur Folge hat. Praktische Maßnahme: Nutzen Sie auf Siemens-Steuerungen den Befehl SCC[X], um die radiale Bezugsachse explizit festzulegen, und stellen Sie sicher, dass keine unerwünschten Nullpunktverschiebungen auf der X-Achse aktiv sind.

Wie verhindert der Fanuc-Parameter 3708 Bit 5 (SOC), dass ein Bediener den Sicherheitsdrehzahlgrenzwert (G50) manuell überschreitet?

Wird der Parameter 3708 Bit 5 (SOC) auf 0 belassen, berechnet die Steuerung den Spindeltrehzahl-Grenzschutzkreis vor dem manuellen Spindeltrehzahl-Override. Dreht ein Bediener das Override-Potentiometer auf 120 %, kann die tatsächliche Spindeldrehzahl den programmierten G50-Sicherheitsgrenzwert überschreiten, was bei schweren Werkstücken zu Spannkraftverlust und Auswurf führt. Durch das Setzen des Parameters 3708.5 (SOC) auf 1 wird die G50-Deckelung erst nach der Override-Berechnung angewendet, wodurch die Spindel die Sicherheitsgrenze unter keinen Umständen überschreiten kann. Praktische Maßnahme: Konfigurieren Sie in den Maschinenparametern den Bitwert 3708.5 standardmäßig auf 1, um Bedienungsfehler bei der manuellen Spindelanpassung vollständig auszuschließen.