Siemens Übersetzungsverhältnis: MD31050 & MD31060 richtig parametrieren

Einleitung

Ein plötzlicher, katastrophaler Werkzeugabsturz, bei dem das Werkzeug im Gewindebohrzyklus ohne Ausgleichsfutter (compensating chuck) direkt in eine Schraubstockbacke (vise jaw) oder eine schwere Spannklemme (clamp) rammt, ist oft die Folge eines Synchronisationsverlustes der Achsen. Wenn Modulo-Achsen mit ungleichen Getriebefaktoren beim Ausschalten ihre Position verlieren, führt dies beim erneuten Hochfahren zu einer falschen räumlichen Positionierung der Steuerung. 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. Ohne exakte Getriebeparameter drohen massive Toleranzüberschreitung und teurer Ausschuss im Fertigungsprozess, da die Achsen nicht synchron laufen und der Werkzeugweg geometrisch abweicht. Eine präzise Abstimmung sichert die geforderte Maßhaltigkeit und schützt die mechanischen Komponenten der Werkzeugmaschine vor schweren Kollisionsschäden.

Technische Übersicht

Befehlscode	MD31050, MD31060
Modalgruppe / Bereich	Maschinendaten (Achsspezifisch)
Unterstützte Marke	Siemens
Kritische Parameter	MD31060 $MA_DRIVE_AX_RATIO_NUMERA[n], MD31050 $MA_DRIVE_AX_RATIO_DENOM[n]
Hauptbeschränkung	MD31050 darf nicht auf 0 gesetzt werden. Der sichere Rückzugsweg über ESR hängt strikt von einem konstanten Übersetzungsverhältnis ab; keine Änderungen während des aktiven ESR zulässig. Die Positionierung der Modulo-Achse mit Absolutwertgeber erfordert beim Ausschalten eine ausreichende DC-Link-Spannung, um die Positionswerte bei ungleichen Getriebefaktoren zu speichern.

Schnellleser

• Konfigurieren Sie die Achsübersetzungsverhältnisse mit MD31060 (Zähler) und MD31050 (Nenner), um das genaue mathematische Verhältnis zwischen Motorumdrehungen und physikalischer Last zu definieren.
• Verhindern Sie Division-durch-Null-Fehler, indem Sie sicherstellen, dass MD31050 auf einen Wert von 1 bis 2.147.000.000 eingestellt ist.
• Vermeiden Sie das Ändern von Getriebeübersetzungs-Parametersätzen bei aktiver Lageregelung oder während sicherheitskritischer Extended Stop and Retract (ESR)-Routinen, um Alarm 25220 zu verhindern.
• Überwachen Sie die DC-Link-Spannung während der Ausschaltsequenzen sorgfältig, wenn Sie ungleiche Getriebefaktoren auf Modulo-Achsen verwenden, um Alarm 149 zu vermeiden.
• Verwenden Sie den ausführbaren Befehl NEWCONF, um geänderte Maschinendaten des Übersetzungsverhältnisses sofort zu aktivieren, ohne dass ein vollständiger Neustart der Steuerung erforderlich ist.
• Prüfen Sie die Kugelgewindetrieb-Steigung MD31030 sorgfältig, um sicherzustellen, dass sie bei der Einrichtung von Übersetzungsverhältnissen nicht auf Null gesetzt ist, um Alarm 26003 zu vermeiden.

Grundlegende Konzepte

Die praktische Programmierwirkung der Konfiguration der Siemens-Übersetzungsparameter (MD31050 und MD31060) is die Etablierung des exakten mathematischen Verhältnisses zwischen der Motorumdrehung und der physikalischen Last. Dies definiert das Verhältnis der steuerungsinternen Rechenauflösung zur Istwertauflösung und gibt genau an, wie präzise berechnete Positions-Sollwerte auf der Maschine umgesetzt werden können. Durch die Nutzung von bis zu sechs Parametersätzen (Indizes 0 bis 5) können Entwickler die Zähler und Nenner des Lastgetriebes dynamisch über die PLC umschalten, um sich im laufenden Betrieb ohne Neustart der Steuerung an völlig unterschiedliche mechanische Übertragungszustände anzupassen. Diese Kernkonfiguration befindet sich innerhalb der Siemens-Maschinendatenstruktur.

Programmierer und Bediener müssen bei der Verwendung ungleicher Getriebefaktoren auf Modulo-Achsen mit Absolutwertgebern besonders auf die Ausschaltsequenzen achten. Die tatsächliche Position muss beim Abfall der DC-Link-Spannung automatisch gespeichert werden; bietet die Hardware-Konfiguration nicht genügend Zeit für diese Speicherung, ist die angenommene Position beim nächsten Einschalten völlig fehlerhaft. Diese permanente Speicherung unterscheidet sich von flüchtigen Parametern, die über die Einstellungsdatenstruktur konfiguriert werden und einen Neustart der Steuerung nicht überstehen. Eine korrekte Einrichtung des Übersetzungsverhältnisses ist auch entscheidend, um die Rückmeldung der Achse mit dem Lageregelkreis zu synchronisieren und die korrekte Funktion der Lageregelkreis-Verstärkung Kv zu gewährleisten.

Befehlsstruktur

Siemens strukturiert seine achsspezifischen Definitionen der Übersetzungsverhältnisse über paarweise Maschinendaten-Parameter. Diese Parameter repräsentieren den Zähler und Nenner des Lastgetriebes, die in Indizes entsprechend den Parametersätzen organisiert sind. Dies ermöglicht eine achsspezifische Array-Adressierung für jede einzelne Achse an der Maschine.

Der Zugriff auf diese Parameter und deren Aktualisierung erfolgt in der Regel über direkte Systemvariablen in der Steuerung. Durch das Schreiben in diese Systemvariablen können Programmierer Werte im NCK-Speicher ändern. Die Änderungen werden vom System sofort verarbeitet, sobald sie übernommen werden.

Format der Adresssyntax

$MA_DRIVE_AX_RATIO_NUMERA[n, <axis>]
$MA_DRIVE_AX_RATIO_DENOM[n, <axis>]

Wichtige Parameter

Parameteradresse	Beschreibung	Wertebereich / Einstellungen
MD31060 $MA_DRIVE_AX_RATIO_NUMERA[n]	Zähler des Lastgetriebes (Index n von 0 bis 5)	DWORD, -2,147,000,000 to 2,147,000,000
MD31050 $MA_DRIVE_AX_RATIO_DENOM[n]	Nenner des Lastgetriebes (Index n von 0 bis 5)	DWORD, 1 to 2,147,000,000
MD31064 / MD31066	Nenner und Zähler des Zwischengetriebes	— (keine Quelle)
MD31070 / MD31080	Nenner und Zähler des Messgetriebes	— (keine Quelle)

Markenanwendungen

Siemens

Siemens bietet eine hochentwickelte Flexibilität des Regelkreises, indem es eine direkte, alphanumerische Adressierung der Maschinendaten ermöglicht. Anstatt ein einziges, zusammengefasstes Übersetzungsverhältnis vorzugeben, können Programmierer verschiedene Stufen des mechanischen Antriebsstrangs unabhängig voneinander parametrieren. Diese feingliedrige Struktur umfasst das Lastgetriebe, ein Zwischengetriebe und ein Messgetriebe, was eine exakte mathematische Modellierung komplexer physischer Werkzeugversätze ermöglicht. Die Kernvariablen werden innerhalb der achsspezifischen Maschinendatenstruktur verwaltet.

Zur Bewältigung dynamischer Fertigungsbedingungen unterstützt die Siemens-Lageregelungsarchitektur bis zu sechs unabhängige Parametersätze (Indizes 0 bis 5) für jede Achse. Die PLC-Schnittstellenbits (DB31, ... DBX9.0 - DBX9.2) ermöglichen es der Steuerung, Parametersätze im laufenden Betrieb dynamisch umzuschalten. Dies versetzt die Maschine in die Lage, mitten im Programm als Reaktion auf Befehle zur Getriebestufenauswahl der Spindel (M40 bis M45) zwischen völlig unterschiedlichen mechanischen Getriebemappings zu wechseln, ohne externe Makroberechnungen auswerten zu müssen. Die Änderungen werden mit dem ausführbaren Befehl NEWCONF im Programm angewendet und aktivieren die aktualisierten Maschinendaten des Übersetzungsverhältnisses ohne einen Systemneustart. Dies ist dauerhafter als Änderungen an flüchtigen Werten in der Einstellungsdatenstruktur. Diese Getriebeeinstellungen müssen mit anderen Reglereinstellungen, wie beispielsweise der Lageregelkreis-Verstärkung Kv, übereinstimmen, um die Konturgenauigkeit aufrechterhalten zu können.

Siemens schützt seine mechanischen Sicherheitsroutinen, indem es die Getriebeparameter während des Extended Stop and Retract (ESR) sperrt. Erkennt die Steuerung den Versuch, den Parametersatz des Übersetzungsverhältnisses bei aktivem ESR zu ändern, unterdrückt sie die Änderung aktiv und gibt den Alarm 25220 aus, wodurch sichergestellt wird, dass die Hardware bei einem plötzlichen Stromausfall stets einen mathematisch fehlerfreien Rückzugsweg beibehält.

Markenvergleich

Siemens Steuerung / Antriebsbaureihe	Parametrierungsmethode	Unterstützung des Übersetzungsverhältnisses	Wichtigster Alarm / Sicherheitsüberprüfung
SINUMERIK 840D sl / 828D	Parameter auf NC-Ebene: MD31060 $MA_DRIVE_AX_RATIO_NUMERA[n] und MD31050 $MA_DRIVE_AX_RATIO_DENOM[n]	Unterstützt Last-, Zwischen- und Messgetriebestufen mit bis zu 6 über die PLC umschaltbaren Parametersätzen (Indizes 0 bis 5).	Unterdrückt Änderungen bei aktivem ESR und löst Alarm 25220 aus. Löst Alarm 26003 aus, wenn die Kugelgewindetrieb-Steigung auf Null gesetzt ist.
SIMODRIVE 611 universal (SW 8.1+)	Software-Parametereinstellungen auf Antriebsebene	Ermöglicht die Auswahl beliebiger Getriebeübersetzungen und eliminiert damit frühere Einschränkungen.	— (keine Quelle)
SIMODRIVE 611 universal (SW 10.2+)	Software-Parametereinstellungen auf Antriebsebene	Überwacht ungleiche Getriebefaktoren auf endlos drehenden Absolutwertachsen aktiv.	Fehler 149 / Alarm 149 (ausgelöst, wenn die Position beim Ausschalten aufgrund niedriger DC-Link-Spannung nicht gespeichert werden kann).

Technische Analyse

Die Aufteilung der Parametrierung über die verschiedenen Siemens-Antriebs- und Steuerungsreihen hinweg verdeutlicht unterschiedliche Entwicklungsprioritäten für verschiedene Klassen von Hardware- und Softwareversionen. Moderne Solution Line-Systeme (SINUMERIK 840D sl und 828D) nutzen die vollständige NCK-Maschinendatenarchitektur. Diese Konfiguration ermöglicht es der Steuerung, dynamisch auf bis zu sechs verschiedene Parametersätze zuzugreifen, und teilt den mechanischen Antriebsstrang in sehr feingliedrige, einzeln konfigurierbare Stufen auf. Im Gegensatz dazu isoliert die Baureihe SIMODRIVE 611 universal die Parametrierung auf der Antriebsebene, was die Echtzeit-Umschaltfähigkeit einschränkt, aber je nach Softwareversion spezifische Verhaltensweisen auf Antriebsebene bietet.

Für SIMODRIVE 611 universal ab SW 8.1+ löste die Einführung beliebiger Getriebeübersetzungen frühere Einschränkungen und eliminierte den alten Fehler 139. In SW 10.2+ führte die Überwachung ungleicher Getriebefaktoren auf Absolut-Modulo-Achsen jedoch zu einer strikten Abhängigkeit von der DC-Link-Spannung. Tritt eine Ausschaltsequenz auf und die DC-Link-Spannung fällt zu schnell ab, kann der Antrieb die Positionswerte nicht speichern, was zu Fehler 149 führt. Die Solution Line integriert dies zusätzlich mit einer Sicherheitsverriegelung, welche Änderungen des Parametersatzes während eines aktiven ESR-Sicherheitsrückzugs unterdrückt, um eine harte Kollision zu verhindern.

Programmbeispiele

; Anpassung der Siemens-Getriebeübersetzungsparameter
$MA_DRIVE_AX_RATIO_NUMERA[0, AX1] = 5  ; Setzt den Zähler des Lastgetriebes für AX1 in Parametersatz 0 auf 5
$MA_DRIVE_AX_RATIO_DENOM[0, AX1] = 3   ; Setzt den Nenner des Lastgetriebes für AX1 in Parametersatz 0 auf 3
NEWCONF                                ; Geänderte Maschinendaten anwenden und aktivieren
M30                                    ; Programmende

Trockenlauf (dry run)-Analyse

Die Ausführung eines Trockenlaufs dieses Programms prüft die folgende Ausführungsreihenfolge:

1. Die Steuerung liest den ersten G-Code-Satz und schreibt einen Übersetzungszählerwert von 5 in den ersten Parametersatz (Index 0) der Achse AX1 in MD31060.
2. Die Steuerung liest den zweiten Satz und schreibt einen Übersetzungsnennerwert von 3 in den ersten Parametersatz (Index 0) der Achse AX1 in MD31050.
3. Der Befehl NEWCONF wird ausgeführt und wendet die neue Maschinendatenkonfiguration sofort im NC-Speicher an und aktiviert sie, ohne dass ein vollständiger Neustart der Steuerung erforderlich ist.
4. Das Programm erreicht den Befehl M30, was den Zyklus beendet und die aktiven Zustände zurücksetzt.

Fehleranalyse

Marke	Alarmcode / Diagnose	Auslösebedingung	Bediener-Symptom	Ursache & Abhilfemaßnahme
Siemens	Alarm 25220	Das Übersetzungsverhältnis wird zwischen der ESRR-Programmierung und der ESR-Freigabe oder während eines aktiven ESR geändert (z. B. durch Änderung des Parametersatzes).	Die NCK stoppt die Achsbewegung, bricht die Ausführung ab und zeigt den Alarm „Achse %1 Übersetzungsverhältnis bei aktivem ESR geändert“ an.	Aktiven ESR-Status prüfen, Änderungen des Übersetzungsverhältnisses während des Sicherheitsrückzugs verhindern. PLC-Schaltlogik verifizieren (DB31, ... DBX9.0 - DBX9.2).
Siemens	Alarm 149	Datenübertragungsfehler oder Abfall der DC-Link-Spannung beim Ausschalten, wenn ungleiche Getriebefaktoren auf Modulo-Rundachsen aktiv sind.	Verlust der absoluten Position beim Neustart, Antrieb zeigt Fehler 149 / Alarm 149 an.	Sicherstellen, dass die DC-Link-Spannung lang genug aufrechterhalten wird, um die Positionswerte zu speichern. Kondensatormodule prüfen.
Siemens	Alarm 26003	Die Steigung der Spindel (MD31030) ist während der Einrichtung der Übersetzungsverhältnisse auf Null gesetzt.	Steuerung stoppt mit Parametrierungsfehler.	Korrekte Spindelsteigung in MD31030 verifizieren und einstellen, bevor versucht wird, Übersetzungsverhältnisse einzurichten.

Anwendungshinweis

Ein unkontrolliertes Auffahren des Werkzeugs auf eine Doppelrevolver-Anordnung (double turret) oder ein Spannfutter (chuck) ist die direkte Konsequenz, wenn während eines aktiven Sicherheitsrückzugs (ESR) unzulässige Parametersatzänderungen vorgenommen werden. Da die Steuerung für die Berechnung des sicheren Rückzugswegs zwingend auf ein konstantes Übersetzungsverhältnis angewiesen ist, sperrt die NCK jegliche Getriebeparameter-Änderungen im aktiven ESR-Zustand und gibt den Alarm 25220 aus. 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. Zudem müssen Bediener sicherstellen, dass bei der Inbetriebnahme von Modulo-Rotationsachsen mit ungleichen Getriebefaktoren und Absolutwertgebern die DC-Link-Spannung beim Ausschalten lang genug erhalten bleibt, um den aktuellen Positionswert verlustfrei zu sichern. Ein plötzlicher Spannungsabfall führt hier zu Datenverlusten beim Neustart, was unweigerlich zu Maßungenauigkeiten, Toleranzüberschreitung und teurem Ausschuss führt.

Verwandte Befehle

• NEWCONF: Ausführbarer Befehl zur sofortigen Aktivierung geänderter Maschinendaten des Übersetzungsverhältnisses, ohne dass ein NCK-Reset erforderlich ist.
• ESRR / ESR: Befehle für Extended Stop and Retract, die das aktive Übersetzungsverhältnis streng überwachen, um eine sichere Generierung des Rückzugsweges zu gewährleisten.
• M40 bis M45: Spindelbefehle für die automatische oder gezielte Getriebestufenauswahl und Parametersatzumschaltung.
• MD31030: Definiert die Spindelsteigung, die ungleich Null sein muss, um Alarm 26003 bei der Einrichtung von Übersetzungsverhältnissen zu verhindern.

Fazit

Die prozesssichere Auslegung der Übersetzungsverhältnisse erfordert eine präzise Anpassung von MD31060 und MD31050 an die mechanische Getriebestufe der jeweiligen Achse. Um folgenschwere Positionsverluste und Maßfehler zu vermeiden, müssen Maschinenprogrammierer und Inbetriebnehmer die Spannungsstabilität des DC-Zwischenkreises beim Ausschalten sicherstellen und Getriebeänderungen im aktiven Sicherheitsbetrieb sperren. 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. Die regelmäßige Überprüfung der Geberkopplung und die Verwendung des ausführbaren Befehls NEWCONF zur Aktivierung geänderter Werte minimieren das Risiko einer unvorhergesehenen Toleranzüberschreitung, verhindern die Produktion von Ausschuss und garantieren eine dauerhaft hohe Präzision im gesamten Fertigungsprozess.

Häufig gestellte Fragen (FAQ)

Wie kann eine Maßabweichung durch falschen Parameterabgleich von MD31050 und MD31060 sicher verhindert werden?

Eine ungenaue Getriebeparametrierung führt zu Rundungsfehlern zwischen Lageregler und mechanischem Vorschub, was Abweichungen im Mikrometerbereich verursacht. Der Programmierer muss die physikalischen Zähne des Lastgetriebes direkt als ganze Zahlen eingeben, anstatt gerundete Dezimalwerte zu verwenden. Praktische Maßnahme: Verifizieren Sie nach jeder Getriebeänderung das Übersetzungsverhältnis durch eine Testfahrt mit einer Messuhr und vergleichen Sie den realen Verfahrweg mit dem NCK-Sollwert.

Warum sperrt die Siemens-Steuerung Getriebeparameter-Änderungen bei aktivem ESR und wie wird dies behoben?

Die Steuerung sperrt die Parameter, da jede Änderung des Übersetzungsverhältnisses während der aktiven Retraktionsbewegung den vorberechneten Rückzugsweg verfälscht und das Werkzeug beschädigen kann. Dieser Schutzmechanismus wird durch den Alarm 25220 signalisiert, um Kollisionen zu verhindern. Praktische Maßnahme: Überprüfen Sie Ihre PLC-Logik (DB31, ... DBX9.0 - DBX9.2) und verriegeln Sie die Parametersatzumschaltung so, dass sie bei aktiver ESR-Freigabe elektrisch unterdrückt wird.

Wie lässt sich der Verlust der Absolutposition bei Modulo-Achsen mit ungleichen Getriebefaktoren nach dem Ausschalten vermeiden?

Bei ungleichen Getriebefaktoren kann der Positionswert nach dem Abschalten nicht exakt im nicht-flüchtigen Speicher abgelegt werden, wenn die DC-Link-Spannung zu schnell abfällt, was den Alarm 149 zur Folge hat. Dies führt zu Verschiebungen und Achskollisionen beim nächsten Einschalten der Werkzeugmaschine. Praktische Maßnahme: Prüfen Sie die Pufferzeit der Kondensatormodule des Antriebsverbands und installieren Sie bei Bedarf ein zusätzliches netzunabhängiges Puffermodul, um die DC-Link-Spannung ausreichend lang zu stützen.