Inkrementalmaß – relative Bemaßung und Programmierung in der CNC-Technik

Das Inkrementalmaß bezeichnet eine Maß- oder Positionsangabe, die sich nicht auf einen festen Werkstücknullpunkt, sondern auf die jeweils aktuelle Position bezieht. Eine programmierte Koordinate beschreibt somit den Weg, den eine Maschinenachse von ihrer momentanen Position aus zurücklegen soll.

Das Inkrementalmaß wird deshalb auch als Relativmaß oder in der technischen Bemaßung häufig als Kettenmaß bezeichnet.

In der CNC-Programmierung bildet es das Gegenstück zum Absolutmaß.

Wie funktioniert das Inkrementalmaß?

Beim Inkrementalmaß wird jede neue Position ausgehend von der zuvor erreichten Position angegeben.

Ein einfaches Beispiel:

Eine CNC-Maschine befindet sich auf:

X20 Y10

Von dort soll sie sich um 30 mm in X-Richtung bewegen.

Die inkrementale Angabe lautet:

X30

Die neue tatsächliche Position beträgt anschließend:

X50 Y10

Ein weiterer Befehl X30 bewegt die Maschine erneut um 30 mm. Die tatsächliche Position liegt danach bei:

X80 Y10

Der programmierte Wert beschreibt also nicht die Zielkoordinate innerhalb des Werkstückkoordinatensystems, sondern die Entfernung zwischen aktueller und nächster Position.

Inkrementalmaß in der CNC-Programmierung

Bei vielen CNC-Steuerungen wird die inkrementale Programmierung mit G91 aktiviert.

Ein einfaches Beispiel:

G91
G0 X30
G0 X30
G0 X30

Die X-Achse bewegt sich bei jedem Befehl um weitere 30 mm.

Ausgehend von X0 ergeben sich damit nacheinander die tatsächlichen Positionen:

X30 → X60 → X90

G91 bleibt normalerweise so lange aktiv, bis wieder auf einen anderen Programmiermodus, beispielsweise G90 für Absolutmaß, umgeschaltet wird.

Die genaue Verwendung kann je nach CNC-Steuerung abweichen. Deshalb sind die Angaben des jeweiligen Steuerungsherstellers zu beachten.

Unterschied zwischen Inkrementalmaß und Absolutmaß

Der wesentliche Unterschied liegt im Bezugspunkt.

Beim Absolutmaß beziehen sich sämtliche Positionsangaben auf einen gemeinsamen festgelegten Nullpunkt.

Beim Inkrementalmaß bezieht sich eine Positionsangabe dagegen auf die aktuelle Position.

Ein Beispiel verdeutlicht den Unterschied:

Vier Bohrungen befinden sich auf:

X20 – X50 – X80 – X110

Bei Absolutmaßprogrammierung mit G90 werden diese tatsächlichen Positionen programmiert:

G90
X20
X50
X80
X110

Bei inkrementaler Programmierung können die Abstände zwischen den Bohrungen verwendet werden:

G91
X20
X30
X30
X30

Nach der ersten Bewegung von 20 mm wird die X-Achse jeweils um weitere 30 mm bewegt.

Vorteile des Inkrementalmaßes

Die inkrementale Programmierung bietet insbesondere bei wiederkehrenden Bewegungen und regelmäßigen Abständen Vorteile.

Typische Anwendungen sind:

• Lochreihen
• regelmäßige Bohrbilder
• wiederkehrende Fräsbewegungen
• schrittweise Zustellungen
• Taschenbearbeitungen
• Unterprogramme
• wiederkehrende Positionierbewegungen

Bei einer Lochreihe mit beispielsweise zehn Bohrungen und jeweils 25 mm Abstand muss nicht für jede Bohrung eine neue absolute Position berechnet werden. Stattdessen kann die Maschine jeweils um X25 weiterbewegt werden.

Inkrementalmaß bei Zustellungen

Besonders praktisch ist das Inkrementalmaß bei schrittweisen Zustellungen.

Eine Tasche soll beispielsweise in mehreren Durchgängen jeweils um 2 mm tiefer gefräst werden.

Im inkrementalen Modus kann eine Bewegung von:

G91
G1 Z-2

programmiert werden.

Wird dieser Bearbeitungsschritt wiederholt, fährt das Werkzeug bei jedem Durchgang weitere 2 mm in negativer Z-Richtung.

Dabei ist allerdings besondere Vorsicht erforderlich: Jede Wiederholung verändert die aktuelle Position weiter.

Positive und negative Bewegungen

Beim Inkrementalmaß bestimmt das Vorzeichen die Bewegungsrichtung der jeweiligen Achse.

Beispielsweise:

X10 = 10 mm in positiver X-Richtung

X-10 = 10 mm in negativer X-Richtung

Dasselbe Prinzip gilt für die übrigen Achsen.

Ein Befehl wie:

G91
G0 X20 Y-10

bewegt die Maschine von ihrer aktuellen Position aus 20 mm in positive X-Richtung und 10 mm in negative Y-Richtung.

Fehlerfortpflanzung beim Inkrementalmaß

Ein wichtiger Unterschied zur Absolutmaßprogrammierung ist die mögliche Fortpflanzung von Programmier- oder Positionierungsfehlern.

Wird beispielsweise bei einer Lochreihe ein falscher Abstand programmiert, können davon alle nachfolgenden Positionen betroffen sein.

Beim Absolutmaß besitzt dagegen jede programmierte Position ihren eigenen eindeutigen Bezug zum Werkstücknullpunkt.

Aus diesem Grund wird bei umfangreichen CNC-Programmen häufig überwiegend mit absoluten Koordinaten gearbeitet, während inkrementale Bewegungen gezielt für bestimmte Bearbeitungsabschnitte eingesetzt werden.

Wechsel zwischen G90 und G91

Innerhalb eines CNC-Programms können absolute und inkrementale Programmierung miteinander kombiniert werden.

Beispielsweise:

G90
G0 X50 Y30

G91
G0 X20

G90
G0 X0 Y0

Zunächst fährt die Maschine absolut auf X50 Y30.

Nach der Umschaltung auf G91 bewegt sie sich von dort aus um weitere 20 mm in X-Richtung. Ihre tatsächliche X-Position beträgt damit X70.

Anschließend wird wieder G90 aktiviert und die Maschine fährt auf die absolute Position X0 Y0.

Ein sauberer und bewusster Wechsel zwischen G90 und G91 ist wichtig, um Fehlbewegungen zu vermeiden.

Inkrementalmaß in technischen Zeichnungen

Auch in technischen Zeichnungen findet sich das Prinzip der inkrementalen Bemaßung.

Bei einer Kettenbemaßung wird beispielsweise nicht jede Bohrung von einer gemeinsamen Bezugskante aus bemaßt. Stattdessen wird jeweils der Abstand von einem Element zum nächsten angegeben.

Beispiel:

30 mm – 30 mm – 30 mm – 30 mm

Die Position eines späteren Elements ergibt sich damit aus der Summe der vorherigen Maße.

Dabei muss die Toleranzkette berücksichtigt werden. Besitzt jedes Einzelmaß eine Toleranz, können sich diese über mehrere aufeinanderfolgende Maße ungünstig aufsummieren.

Für funktionskritische Positionen kann deshalb eine Bemaßung von einem gemeinsamen Bezugspunkt vorteilhafter sein.

Inkrementalmaß bei CNC-Drehmaschinen

Das Prinzip der inkrementalen Programmierung findet ebenfalls bei CNC-Drehmaschinen Anwendung.

Hier können beispielsweise Zustellungen oder Positionsänderungen relativ zur aktuellen Werkzeugposition programmiert werden.

Allerdings unterscheiden sich die verwendeten Befehle und die Interpretation bestimmter Koordinaten zwischen den Steuerungssystemen. Insbesondere bei Drehmaschinen sollte deshalb immer die Dokumentation der verwendeten Steuerung berücksichtigt werden.

Inkrementalmaß nicht mit inkrementalem Messsystem verwechseln

Das Inkrementalmaß darf nicht mit einem inkrementalen Wegmesssystem verwechselt werden.

Das Inkrementalmaß beschreibt eine Art der Bemaßung beziehungsweise CNC-Programmierung.

Ein inkrementales Messsystem ermittelt dagegen Positionsänderungen technisch über Impulse. Um daraus eine absolute Maschinenposition zu bestimmen, benötigt das System einen bekannten Referenzpunkt.

Beide Begriffe beruhen auf dem Prinzip der relativen Positionsänderung, beschreiben jedoch unterschiedliche Bereiche der CNC-Technik.

Häufige Fehler bei der Inkrementalprogrammierung

Eine der größten Fehlerquellen ist die Verwechslung von G90 und G91.

Befindet sich die Steuerung unbeabsichtigt noch im G91-Modus, werden eigentlich als absolute Zielpositionen gedachte Werte als Verfahrwege interpretiert.

Dadurch können erhebliche Fehlbewegungen und im ungünstigsten Fall Kollisionen zwischen Werkzeug, Werkstück oder Spannmitteln entstehen.

Besonders zu beachten sind daher:

• aktueller Programmiermodus
• korrekte Vorzeichen
• Ausgangsposition vor einer inkrementalen Bewegung
• Anzahl wiederholter Bewegungen
• Rückkehr zu G90 nach einem inkrementalen Programmabschnitt

Absolutmaß oder Inkrementalmaß?

Beide Verfahren haben ihre Berechtigung.

Absolutmaße eignen sich besonders für eindeutig definierte Werkstückpositionen und umfangreiche Programme.

Inkrementalmaße sind besonders praktisch für wiederkehrende Bewegungen, identische Abstände und schrittweise Zustellungen.

In der Praxis können beide Verfahren innerhalb eines CNC-Programms kombiniert werden.

Fazit

Das Inkrementalmaß beschreibt eine Position relativ zur aktuellen Position. In vielen CNC-Steuerungen wird die inkrementale Programmierung mit G91 aktiviert, während G90 für die Absolutmaßprogrammierung verwendet wird.

Besonders bei Lochreihen, wiederkehrenden Bewegungen und schrittweisen Zustellungen ermöglicht die inkrementale Programmierung kurze und übersichtliche Programmabläufe.

Da sich nachfolgende Bewegungen jedoch auf die jeweils zuvor erreichte Position beziehen, ist bei der Programmierung besondere Sorgfalt erforderlich. Die sichere Unterscheidung zwischen Absolutmaß und Inkrementalmaß gehört daher zu den grundlegenden Kenntnissen in der CNC-Technik.