Absolutmaß – eindeutige Bemaßung in der CNC-Technik

Das Absolutmaß bezeichnet in der Fertigungs- und CNC-Technik eine Maßangabe, die sich immer auf einen fest definierten Bezugspunkt bezieht. Bei CNC-Maschinen ist dies in der Regel der festgelegte Werkstücknullpunkt des verwendeten Koordinatensystems.

Im Gegensatz zur inkrementalen Bemaßung wird eine neue Position beim Absolutmaß nicht von der zuletzt angefahrenen Position aus berechnet. Jeder Koordinatenwert beschreibt stattdessen unmittelbar die Position gegenüber dem festgelegten Nullpunkt.

Das Absolutmaß ist besonders bei der CNC-Programmierung von Bedeutung, da sich damit Werkzeugpositionen eindeutig und übersichtlich definieren lassen.

Wie funktioniert das Absolutmaß?

Wird beispielsweise die linke untere Ecke eines Werkstücks als Werkstücknullpunkt festgelegt, erhält dieser Punkt die Koordinaten:

X0 Y0

Soll das Werkzeug anschließend einen Punkt anfahren, der sich 50 mm in X-Richtung und 30 mm in Y-Richtung vom Nullpunkt befindet, lautet die Position:

X50 Y30

Wird danach folgende Position programmiert:

X80 Y40

fährt die Maschine auf die Koordinaten 80 mm in X und 40 mm in Y bezogen auf den Werkstücknullpunkt.

Entscheidend ist: Die zweite Position wird nicht von X50 Y30 aus gerechnet. Beide Koordinaten beziehen sich unabhängig voneinander auf denselben Nullpunkt.

Absolutmaß und Kettenmaß

Der Unterschied lässt sich besonders einfach anhand von Absolut- und Kettenmaßen erklären.

Beim Absolutmaß beziehen sich alle Maße auf einen gemeinsamen Bezugspunkt.

Beispiel:

• erste Bohrung: X20
• zweite Bohrung: X50
• dritte Bohrung: X80
• vierte Bohrung: X110

Alle Positionen werden unmittelbar vom Nullpunkt aus angegeben.

Bei einer inkrementalen beziehungsweise relativen Bemaßung wird dagegen jeweils die Strecke von der aktuellen zur nächsten Position angegeben.

Bei einem Lochabstand von jeweils 30 mm würde die Maschine also wiederholt um 30 mm weiterverfahren.

Absolutmaß in der CNC-Programmierung

Bei vielen CNC-Steuerungen wird die Absolutmaßprogrammierung mit dem Befehl G90 aktiviert.

Ein einfaches Beispiel:

G90
G0 X0 Y0
G0 X50 Y30
G0 X80 Y40

G90 legt fest, dass die nachfolgenden Positionsangaben als Absolutkoordinaten interpretiert werden.

Die Maschine fährt damit zunächst auf X0/Y0, anschließend auf X50/Y30 und danach auf X80/Y40.

Inkrementalmaß mit G91

Das Gegenstück zur Absolutmaßprogrammierung ist die inkrementale Programmierung.

Bei vielen CNC-Steuerungen wird diese mit G91 aktiviert.

Beispiel:

G91
G0 X30
G0 X30
G0 X30

Hier bedeutet jede Angabe X30, dass sich die Achse gegenüber ihrer aktuellen Position um weitere 30 mm bewegen soll.

Nach drei Bewegungen wurde die Achse somit insgesamt um 90 mm verfahren.

Vorteile der Absolutmaßprogrammierung

Die Programmierung mit Absolutmaßen bietet insbesondere bei komplexeren CNC-Programmen einige Vorteile:

• eindeutige Zuordnung jeder Position
• einfache Kontrolle der programmierten Koordinaten
• geringere Gefahr einer Aufsummierung von Maßfehlern
• einzelne Positionen können leichter verändert werden
• übersichtlichere CNC-Programme
• einfachere Fehlersuche
• gute Übereinstimmung mit technischen Zeichnungen

Ein besonders wichtiger Vorteil ist, dass eine Änderung einer Position normalerweise keinen Einfluss auf die Koordinaten der nachfolgenden Positionen hat.

Beispiel einer Bohrungsreihe

Auf einem Werkstück sollen vier Bohrungen hergestellt werden. Die erste Bohrung liegt 20 mm vom Werkstücknullpunkt entfernt. Der Abstand zwischen den Bohrungen beträgt jeweils 30 mm.

Bei Absolutmaßprogrammierung ergeben sich:

Bohrung 1: X20
Bohrung 2: X50
Bohrung 3: X80
Bohrung 4: X110

Jede Bohrungsposition kann unmittelbar ausgehend vom Nullpunkt kontrolliert werden.

Bei inkrementaler Programmierung würde dagegen zunächst X20 und anschließend mehrfach eine Bewegung von X30 programmiert.

Absolutmaß und Werkstücknullpunkt

Grundlage einer zuverlässigen Absolutmaßprogrammierung ist ein korrekt festgelegter Werkstücknullpunkt.

Dieser kann beispielsweise liegen:

• an einer Werkstückkante
• an einer Werkstückecke
• in der Werkstückmitte
• im Zentrum einer Bohrung
• auf einer definierten Bezugsfläche

Welcher Punkt gewählt wird, hängt von der Werkstückgeometrie, der technischen Zeichnung und der Bearbeitungsstrategie ab.

Auf CNC-Maschinen wird die Lage des Werkstücknullpunkts häufig über eine Nullpunktverschiebung, beispielsweise G54, festgelegt.

Die programmierten Absolutkoordinaten beziehen sich anschließend auf dieses Koordinatensystem.

Absolutmaß bei X-, Y- und Z-Achse

Das Prinzip gilt gleichermaßen für alle Linearachsen einer CNC-Maschine.

Beispielsweise:

X100 Y50 Z-10

beschreibt eine eindeutig definierte Position innerhalb des aktiven Werkstückkoordinatensystems.

Auch der Z-Wert bezieht sich dabei auf den festgelegten Z-Nullpunkt und nicht auf die vorherige Werkzeugposition.

Gerade bei der Z-Achse ist ein korrekt gesetzter Nullpunkt besonders wichtig, da Fehler unmittelbar zu einer falschen Bearbeitungstiefe oder im ungünstigsten Fall zu einer Kollision führen können.

Absolutmaß bei Drehmaschinen

Auch bei CNC-Drehmaschinen wird mit Absolutmaßen gearbeitet.

Die Koordinaten beziehen sich dort typischerweise auf die Maschinenachsen:

• Z für die Bewegung entlang der Werkstückachse
• X für die radiale beziehungsweise – abhängig von der Steuerung – als Durchmesser programmierte Position

Dabei ist zu beachten, dass CNC-Drehmaschinen X-Werte häufig als Durchmesserwerte interpretieren. Die genaue Programmierweise hängt jedoch von Maschine und Steuerung ab.

Absolutmaß in technischen Zeichnungen

Das Prinzip des Absolutmaßes findet sich ebenfalls in technischen Zeichnungen.

Statt Maße von Element zu Element weiterzuführen, werden mehrere Positionen von einer gemeinsamen Bezugskante oder einem definierten Bezugspunkt aus bemaßt.

Dies kann insbesondere bei präzisen Bauteilen vorteilhaft sein, weil sich einzelne Maßtoleranzen nicht wie bei einer langen Maßkette aufsummieren.

Absolutmesssysteme an CNC-Maschinen

Der Begriff Absolutmaß sollte nicht mit einem absoluten Wegmesssystem verwechselt werden.

Ein Absolutmaß beschreibt die Art, wie eine Position angegeben beziehungsweise programmiert wird.

Ein absolutes Messsystem beschreibt dagegen die technische Erfassung der Achsposition. Ein absoluter Drehgeber oder ein absolutes Längenmesssystem kann eine eindeutige Position erfassen, ohne diese ausschließlich durch das Aufsummieren einzelner Bewegungsimpulse zu bestimmen.

Es handelt sich somit um zwei miteinander verwandte, aber unterschiedliche Begriffe.

Häufige Fehler bei der Absolutmaßprogrammierung

Ein typischer Fehler entsteht durch die Verwechslung von G90 und G91.

Wird eine eigentlich absolut gedachte Bewegung versehentlich im inkrementalen Modus ausgeführt, kann die Maschine eine völlig andere Position anfahren.

Weitere mögliche Fehlerquellen sind:

• falsch gesetzter Werkstücknullpunkt
• falsche Nullpunktverschiebung
• Vorzeichenfehler bei Koordinaten
• Verwechslung verschiedener Koordinatensysteme
• fehlerhafte Werkzeugkorrekturen

Vor dem Programmstart sollten deshalb Nullpunkt, Koordinatensystem und Programmiermodus kontrolliert werden.

Fazit

Das Absolutmaß beschreibt eine Position eindeutig gegenüber einem festgelegten Bezugspunkt. In der CNC-Technik ist dieser Bezugspunkt üblicherweise der Werkstücknullpunkt des aktiven Koordinatensystems.

Bei der CNC-Programmierung wird die Absolutmaßprogrammierung häufig mit G90 aktiviert. Jede programmierte Position bezieht sich anschließend auf denselben Nullpunkt und nicht auf die zuvor angefahrene Position.

Dadurch entstehen übersichtliche, eindeutig nachvollziehbare und einfach zu korrigierende CNC-Programme. Das Absolutmaß gehört daher zu den grundlegenden Prinzipien der CNC-Programmierung und der technischen Bemaßung.