Siemens CNC Metrisch/Zoll-Umschaltung über G70, G71 & MD10240

Einleitung

Das unvorhersehbare Einstürzen einer Spindel in eine Spannbacke (vise jaw), die Kollision mit einem starren Ausgleichsfutter (chuck), der Aufprall auf eine schwere Spannvorrichtung (fixture clamp) oder der Crash in die Gegenmechanik eines Doppelrevolvers (turret) bei der Mehrkanalbearbeitung sind die direkten Folgen einer fehlerhaften Koordinatenverarbeitung. Wenn externe NC-Programme oder Datenarchive ohne Überprüfung des aktiven Einheitensystems in die Steuerung geladen werden oder ein Einheitenwechsel im laufenden Programm bei noch aktiven physischen Werkzeugversätzen (tool offsets) erfolgt, verliert die Maschine jegliche räumliche Orientierung. Verarbeitet der Interpreter eine Sollkoordinate von 10 Millimetern, während das System im Zoll-Modus (inch) gesperrt ist, interpretiert der CNC-Kanal dies als 10 Zoll (254 mm). Diese massive Maßabweichung führt zu einem fatalen Überschwingen der Axen. Die unmittelbare Folge sind schwere Kollisionen (hard collision), massiver Ausschuss und teure Stillstandszeiten (downtime). Wird dieser Parameter nicht verifiziert, liegt das Ergebnis außerhalb der Toleranz — und der Fehler zeigt sich erst bei der Endmessung. Eine korrekte Konfiguration eliminiert die häufigste Ursache für Maßabweichungen bei diesem Befehl.

Technische Übersicht

Befehlscodes	G70, G71, G700, G710
Modale Gruppe	G-Gruppe 13 / Modal
Unterstützte Marke	Siemens
Kritische Parameter	MD10240 $MN_SCALING_SYSTEM_IS_METRIC, MD10260 $MN_CONVERT_SCALING_SYSTEM
Hauptbedingung	G700 und G710 erfordern die Softwareversion SW5 oder höher und den Parameter MD10260 CONVERT_SCALING_SYSTEM auf 1 (TRUE) gesetzt. Synchronized actions erfordern eine explizite Definition der Einheit, um ein reproduzierbares Auswerteverhalten im Hintergrund zu gewährleisten.

Schnellleser

Konfigurieren Sie das grundlegende Skalierungssystem mit dem Parameter MD10240, um die Basiseinheiten (metrisch oder Zoll) für die physikalischen Variablen der Steuerung festzulegen.
Führen Sie eine Hardware-Power-On-Sequenz aus, wann immer MD10240 oder MD10260 manuell geändert wird, um den internen Speicher korrekt zu skalieren und den Alarm 4070 zu verhindern.
Verwenden Sie G70 oder G71, um geometrische Koordinatendaten zu lesen und zu schreiben, während die feedrates und tool offsets im parametrierten Basissystem verbleiben.
Wenden Sie G700 oder G710 an, um sowohl geometrische Koordinaten als auch technologische längenabhängige Daten wie Werkzeugverschleiß und feedrates umzuschalten und zu skalieren.
Deaktivieren Sie aktive Werkzeugradiuskorrekturen (G41/G42/G49) und führen Sie die Werkstückkoordinaten auf das Basiskoordinatensystem zurück, bevor Sie einen Einheitenwechsel mitten im Programm ausführen.
Definieren Sie explizite Einheitensysteme innerhalb von synchronized actions, um die schnelle Hintergrundkinematik vom Einheitenstatus des aktiven Hauptprogramms zu isolieren.

Grundlegende Konzepte

Der praktische Programmiereffekt der metrischen/Zoll-Systemumschaltung von Siemens bietet Bedienern die Flexibilität, auf einer mit einem metrischen Basissystem konfigurierten Maschine nativ Zeichnungen in Zoll zu bearbeiten, wodurch die manuelle Umrechnung von Koordinaten entfällt. Durch das Aufrufen der Befehle der G-Gruppe 13 ändern Programmierer dynamisch die Einheitenlogik des Interpreters im laufenden Betrieb. Bediener müssen zwischen Legacy- und erweiterten Einheitenbefehlen unterscheiden, um räumliche Fehler zu vermeiden. Diese grundlegende Einheitenkonfiguration befindet sich in der allgemeinen Maschinendatenstruktur (machine data structure).

Die Programmierung von G70 or G71 beschränkt den Einheitenwechsel auf geometrische Pfaddaten wie X- und Z-Koordinaten, während technologische Werte wie feedrates (F) und tool offsets an den grundlegenden Maschinendatenparameter MD10240 gebunden bleiben. Der Übergang des gesamten Maschinenzustands erfordert G700 oder G710, wodurch die Steuerung gezwungen wird, sowohl die Geometrie als auch die technologischen Offsets in der programmierten Einheit zu berechnen. Eine manuelle Änderung von MD10240 oder MD10260 erfordert eine vollständige Hardware-Power-On-Sequenz, um den internen Speicher zu skalieren. Diese grundlegenden Einheitenkonfigurationen unterscheiden sich von Variablen in der Einstellungsdatenstruktur (setting data structure), die Software-Nockenpositionstabellen steuern.

Befehlsstruktur

Die Einheitenumschaltung bei Siemens ist unter der G-Gruppe 13 organisiert. Bei der Ausführung eines CNC-Programms liest der NC-Interpreter G70, G71, G700 oder G710, um das Messsystem festzulegen. Der standardmäßige kanalspezifische Anfangs-Reset-Zustand dieser G-Gruppe wird durch die Maschinendaten MD20150 ($MC_GCODE_RESET_VALUES[6]) bestimmt. Dieser Reset-Zustand stellt sicher, dass die Steuerung nach dem Booten oder Reset in einem vorhersagbaren Einheitensystem startet.

Um reine Positionierachsen unabhängig von G70/G71 zu machen, kann in den Maschinendaten ein achsspezifischer Umrechnungsfaktor eingestellt werden. In der Zwischenzeit haben die Positionstabellen für Software-Nocken (software cams) ihre eigene unabhängige Einheitenwahl, die durch MD10270 ($MN_POS_TAB_SCALING_SYSTEM) definiert ist. Diese Einstellungen isolieren Hintergrund-CAM-Koordinaten von aktiven Änderungen der Kanalkoordinaten. Die Verwendung dieser Parameter hilft, komplexe Makro- oder R-Parameter-Programmierung-Konvertierungen bei unterschiedlichen Zeichnungsmaßen zu vermeiden.

Format der Adresssyntax

G70   ; Aktiviert das Zoll-Einheitensystem (nur geometrische Daten)
G71   ; Aktiviert das metrische Einheitensystem (nur geometrische Daten)
G700  ; Aktiviert das Zoll-Einheitensystem (geometrische und technologische Daten)
G710  ; Aktiviert das metrische Einheitensystem (geometrische und technologische Daten)

Wichtige Parameter

Parameter	Name	Beschreibung / Wertebereich
MD10240	$MN_SCALING_SYSTEM_IS_METRIC	Legt das grundlegende Skalierungssystem für längenabhängige physikalische Variablen bei der Daten-I/O fest. 1 (TRUE) für Metrisch, 0 (FALSE) für Zoll.
MD10260	$MN_CONVERT_SCALING_SYSTEM	Aktiviert die erweiterte Funktionalität des Einheitensystems (SW5 und höher). 1 (TRUE) ermöglicht G700/G710 und Konvertierungen, 0 (FALSE) beschränkt auf das Legacy-Verhalten.
MD20150	$MC_GCODE_RESET_VALUES[6]	Definiert den kanalspezifischen Anfangs-Reset-Zustand der G-Gruppe 13. Legt fest, welcher G-Code standardmäßig aktiv ist.
MD10270	$MN_POS_TAB_SCALING_SYSTEM	Legt das Messsystem speziell für Positionsdaten von Software-Nocken (software cams) fest. 0 für Metrisch, 1 für Zoll.

Markenanwendungen

Siemens

Siemens-Steuerungen konfigurieren das grundlegende Messsystem über MD10240 und ermöglichen Online-Konvertierungen über MD10260. Programmierer können die Einheiten mit den Codes G70, G71, G700 und G710 umschalten. Siemens steuert die Skalierung der Systemeinheiten über einen dualen Ansatz: den grundlegenden Legacy-Modus (ähnlich SW1-SW4) und den erweiterten Modus (SW5 und höher). Die Auswahl wird durch die Maschinendaten MD10260 gesteuert. Wenn der erweiterte Modus aktiv ist, verarbeitet die Steuerung automatisch komplexe Umrechnungen für tool offsets, Nullpunktverschiebungen (work offsets) und Achskompensationsdaten (wie EEC und QEC) während des Einheitenwechsels zur Laufzeit. Darüber hinaus betten SINUMERIK-Steuerungen Einheitenkennungen direkt in Datensicherungsarchive ein. Dies stellt sicher, dass die Steuerung nicht zusammenpassende Datendateien ablehnt, wie z. B. das Laden metrischer Werkzeugverschleiß-Offsets in eine Maschine, die in einem Zoll-Basissystem läuft. Warnung: Das Ändern von Maschinendatenparametern ohne Durchführung einer Hardware-Power-On-Sequenz führt zu schwerwiegenden Skalierungsberechnungsfehlern und mechanischen Kollisionen.

Kategorie	Kennung / Wert	Details
Parameter	MD10240, MD10260, MD20150[6]	Definiert das grundlegende Skalierungssystem, die Konvertierungseinstellungen und die anfänglichen Reset-Codes für die G-Gruppe 13.
Alarme	Alarm 4070, Alarm 15100, Alarm 61529	Behandelt Warnungen für geänderte Skalierungsparameter, kollidierende Messblöcke und ungültige G-Code-Auswahlen.
Versionen	SW1-SW4, SW5+	SW5 führt G700/G710 sowie Hintergrundkonvertierungen für tool offsets, Kompensationen und work offsets ein.

Markenvergleich

Steuerungsmodell / Version	Unterstützung für Basis-Einheitenskalierung	Erweitertes System (G700/G710)	Hintergrundkonvertierungen & Backups
Sinumerik 840D (SW1-SW4)	Ja (MD10240 Basiskonfiguration)	Nein (Beschränkt auf Legacy G70/G71)	Keine automatische Umrechnung von work/tool offsets; manuelle Neuberechnungen erforderlich.
Sinumerik 840D sl / 828D (SW5+)	Ja (MD10240 Basiskonfiguration)	Ja (Unterstützt über MD10260 = 1)	Automatische Hintergrundkonvertierungen für work offsets, Kompensationsdaten (EEC/QEC) und tool offsets; sichere Einheitenkennungen in Backups.
Sinumerik 808D	Ja (Basis-Auswahl für Metrisch/Zoll)	Begrenzt (Typischerweise Legacy-Verhalten von G70/G71)	Unterstützt grundlegende geometrische Konvertierung; fehlt fortgeschrittene asynchrone Einheitenskalierung in synchronized actions.

Technische Analyse

Die technologischen Unterschiede zwischen älteren Softwareversionen (SW1-SW4) und erweiterten Versionen (SW5 und höher) stellen eine bedeutende Weiterentwicklung der Einheitenskalierung dar. Bei älteren Systemen änderte die Ausführung von G70 oder G71 nur die Koordinatenlogik der aktiven Werkzeugwege, was manuelle Berechnungen des Bedieners zur Anpassung von Werkzeugverschleiß, Nullpunktverschiebungen (work offsets) und Steigungsfehlerkompensationswerten erforderlich machte. In SW5+-Systemen führt die Steuerung diese Skalierungskonvertierungen bei Aktivierung von MD10260 = 1 automatisch im Hintergrund durch. Die in modernen Datensicherungen eingebettete aktive INCH/METRIC-Kennung schützt die Maschine, indem sie vor dem Laden von Daten das System der Zielmaschine überprüft. In fortgeschrittenen Mehrkanalumgebungen wie der 840D sl können Entwickler eine asynchrone Einheitenskalierung innerhalb von synchronized actions programmieren. Dies isoliert die schnelle Hintergrundkinematik vom Einheitenstatus des aktiven Hauptprogramms, sodass der Bedingungsteil in Millimetern ausgewertet werden kann, während der Aktionsteil in Zoll ausgibt.

Programmbeispiele

; Siemens Sinumerik G-Code-Beispiel
; Szenario: Bearbeitung eines Zoll-basierten Profils auf einer metrischen Basismaschine (MD10240 = 1)
; Programm startet im Standard-Metrisch-System (G710)
G710 G90 G94 G54       ; Metrische Einheiten für Geometrie und Technologie (mm, mm/min) einstellen, absolute Programmierung
T1 D1 M6               ; Werkzeug 1 laden (Offset-Werte werden automatisch skaliert, wenn MD10260=1)
G0 X100 Y100 Z50 S1200 M3 ; Eilgang zur metrischen Startposition (Koordinaten in mm), Spindel ein
G700                   ; Wechsel zum ZOLL-System (sowohl Geometrie als auch Technologie werden auf Zoll skaliert)
G0 X3.937 Y3.937 Z1.968 ; Positionierung in Zoll (Koordinaten entsprechen 100 mm)
G1 Z-0.5 F10.0         ; Werkzeugzustellung auf Z-0.5 Zoll mit 10.0 Zoll/Minute (F10)
G1 X5.0 Y3.937 F20.0   ; Linearer Schnitt auf X5.0 Zoll
G0 Z2.0                ; Eilgangsrückzug auf Z2.0 Zoll
G710                   ; Zurückschalten auf METRISCHES System
G0 X0 Y0 Z100 M5       ; Eilgangsrückkehr zum metrischen Nullpunkt (mm), Spindel aus
M30                    ; Programmende

Trockenlauf (dry run)-Analyse:

Satz G710 G90 G94 G54: Die Steuerung initialisiert sich in metrischen Einheiten. Die Achsen positionieren sich im Eilgang auf X100mm, Y100mm, Z50mm. Die Spindel startet mit 1200 U/min.
Satz G700: Der Interpreter wechselt in das Zoll-System für Geometrie- und Technologiewerte. Der aktive Werkzeugverschleiß/die Längenoffsets und die feedrate werden entsprechend skaliert.
Satz G0 X3.937 Y3.937 Z1.968: Die Achsen bleiben stationär, da 3.937 Zoll exakt 100mm (den aktuellen Koordinaten) entsprechen.
Satz G1 Z-0.5 F10.0: Die Spindel fährt entlang der Z-Achse auf -0.5 Zoll (-12.7 mm) mit einer aktiven feedrate von 10.0 Zoll pro Minute (254 mm/min).
Satz G1 X5.0 Y3.937 F20.0: Die X-Achse schneidet linear auf 5.0 Zoll (127 mm) bei einer feedrate von 20.0 Zoll pro Minute (508 mm/min).
Satz G0 Z2.0: Die Z-Achse zieht sich im Eilgang auf 2.0 Zoll (50.8 mm) zurück.
Satz G710: Die Einheiten wechseln zurück zu Metrisch. Koordinaten, Werkzeugparameter und feedrates kehren zur Millimeterlogik zurück.

Fehleranalyse

Alarmcode	Auslösebedingung	Bediener-Symptom	Ursache / Abhilfemaßnahme
Siemens Alarm 4070	Ändern der Skalierungs-Maschinendaten MD10240 oder des Konvertierungsparameters MD10260.	Warnmeldung wird angezeigt; das aktive Einheitensystem ist im Speicher noch nicht skaliert.	Führen Sie einen vollständigen Systemstart (Power-On) durch, um die neue Einheitenskalierung zu initialisieren.
Siemens Alarm 15100	Ein externer Datenblock, der INCH- oder METRIC-Befehle enthält, stimmt nicht mit dem aktiven System in der Steuerung überein.	Interpreter-Stopp tritt auf; NC-Ausführung stoppt sofort.	Stellen Sie sicher, dass die Einheiten im externen Block mit den aktiven Messeinstellungen der Steuerung übereinstimmen.
Siemens Alarm 61529	Das in MD10240 eingestellte Basissystem entspricht mathematisch nicht dem programmierten G-Befehl.	Interpreter-Stopp und NC-Start-Sperre im Kanal.	Drücken Sie die RESET-Taste, um den Alarm to löschen, passen Sie die Programmbefehle an und starten Sie neu.

Anwendungshinweis

Massiver Ausschuss und verheerender Spindelschaden sind die direkten Konsequenzen, wenn die Steuerungsparameter MD10240 $MN_SCALING_SYSTEM_IS_METRIC und MD10260 $MN_CONVERT_SCALING_SYSTEM nicht exakt auf das Werkstückprogramm abgestimmt sind. Wenn der grundlegende Systemparameter MD10240 geändert wird, löst die SINUMERIK-Steuerung den Alarm 4070 ('Normalisierungs-Maschinendatum geändert') aus. Dies ist eine kritische Warnung: Solange kein vollständiger Hardware-Neustart (Power-On) durchgeführt wird, verbleibt der interne Speicher in einer fehlerhaften Skalierung, was zu massiven Positionsfehlern bei der Bearbeitung führt. Ein weiteres hohes Risiko besteht beim Laden externer Datenblöcke: Stimmt das dort deklarierte Messsystem (INCH oder METRIC) nicht mit der aktiven Systemeinstellung der Steuerung überein, erzwingt Alarm 15100 ('Satz %2 unterschiedliche Messsystemeinstellungen') einen sofortigen Interpreter-Stopp. Ebenso führt die Programmierung eines nicht kompatiblen G-Codes aus der G-Gruppe 13 (G70, G71, G700, G710) im Verhältnis zum Basis-Skalierungssystem in MD10240 zum Alarm 61529 ('Massangabe INCH programmiert') und stoppt das CNC-Programm. Um diese Fehlerquellen auszuschließen, müssen Einrichter vor jedem Programmstart sicherstellen, dass die aktiven Werkzeugkorrekturen vor einem Wechsel des Messsystems deaktiviert (G41/G42/G49) und die Werkstückkoordinaten (G54 bis G59) in das Basiskoordinatensystem zurückgeführt wurden. Bei der Verwendung von synchronisierten Aktionen (synchronized actions) muss das Einheitensystem zudem explizit im Bedingungs- und Aktionsteil definiert werden, da die Hintergrund-Kinematik sonst undefiniert den aktuellen Kanalstatus übernimmt und Maßabweichungen verursacht.

Fazit

Für eine zuverlässige Vermeidung von Maßabweichungen und teurem Ausschuss im CNC-Betrieb ist die strikte Synchronisation zwischen den grundlegenden Maschinendaten und dem Programmiercode zwingend erforderlich. Fertigungsbetriebe sollten standardmäßig auf die erweiterten Befehle G700 und G710 (ab Softwareversion SW5 bei MD10260 = 1) setzen, da diese sowohl die Geometrie- als auch die Technologiedaten (wie feedrates und tool offsets) automatisch im Hintergrund konvertieren. Vor jeder Änderung der Skalierungsparameter wie MD10240 muss zwingend ein vollständiger Power-On-Neustart durchgeführt werden, um die Prozesssicherheit der Fertigung zu gewährleisten.

Häufig gestellte Fragen (FAQ)

Wie verhindert man Maßabweichungen bei der Werkzeugskalierung beim Wechsel von G71 auf G70?

Wenn Sie von G71 (Metrisch) auf G70 (Zoll) wechseln, werden standardmäßig nur die Geometriedaten umgerechnet. Um Maßabweichungen bei den Werkzeugdaten (tool offsets) und Vorschüben zu vermeiden, müssen Sie G700 verwenden und sicherstellen, dass das Maschinendatum MD10260 auf 1 gesetzt ist. Rufen Sie bei jedem Einheitenwechsel immer G700 oder G710 statt G70/G71 auf und aktivieren Sie die Werkzeugkorrektur D1 explizit nach dem Umschalten.

Warum führt eine Änderung von MD10240 ohne Steuerungsneustart zu fehlerhaften Bauteiltoleranzen?

Die Steuerung liest die Skalierung der physikalischen Einheiten in MD10240 nur beim Systemstart ein. Wenn Sie den Wert im laufenden Betrieb ändern, arbeitet das RAM-Speichersegment mit veralteten Skalierungsfaktoren, während neue Werte falsch berechnet werden, was zu unsichtbaren Positionsabweichungen führt. Führen Sie nach jeder manuellen Anpassung von MD10240 sofort einen Hardware-Neustart (Power-On-Reset) durch und prüfen Sie die erste Koordinate mit einer Testfahrt über dem Werkstück.

Wie verhalten sich synchronisierte Aktionen bei einem Einheitenwechsel im CNC-Hauptprogramm?

Synchronisierte Aktionen laufen im Hintergrund und übernehmen ohne explizite Definition die Maßeinheit, die im Hauptkanal zum Zeitpunkt der Auswertung aktiv ist, was zu unkontrollierten Vorschubänderungen oder Kollisionen führen kann. Programmieren Sie das gewünschte Einheitensystem (z. B. G710) direkt in den Bedingungs- und Aktionsteil jeder synchronisierten Aktion, um eine kanalunabhängige Auswertung zu sichern.

Siemens-Steuerung auf Metrisch/Zoll umschalten: G70, G71, G700 und G710