Relativmaß-Programmierung – Wegstrecken statt Zielkoordinaten
Wer sich intensiv mit der CNC-Programmierung beschäftigt – ob an der heimischen Fräse im Hobbykeller oder an einer industriellen Drehmaschine – stößt früher oder später auf eine fundamentale Entscheidung: Relativmaß-Programmierung oder Absolutmaß-Programmierung? Während bei der absoluten Programmierung jede Position als feste Koordinate im Maschinenraum angegeben wird, arbeitet die Relativmaß-Programmierung mit Wegstrecken statt Zielkoordinaten. Das bedeutet: Du sagst der Maschine nicht „Fahre nach X=100″, sondern „Fahre 50 mm nach rechts“. Klingt simpel? Ist es im Grunde auch – aber die Auswirkungen auf Flexibilität, Fehlersuche und Programmstruktur sind enorm. In diesem Artikel schauen wir uns an, was hinter dem G-Code-Befehl G91 steckt, wann die inkrementale Programmierung ihre Stärken ausspielt und worauf Du achten musst, damit Dein Werkstück am Ende genau so aussieht, wie Du es geplant hast.
Zusammenfassung: Das Wichtigste zur Relativmaß-Programmierung auf einen Blick
- Relativmaß-Programmierung (G91) definiert Verfahrwege als Wegstrecken relativ zur aktuellen Werkzeugposition – nicht als absolute Zielkoordinaten.
- Der G-Code-Befehl G91 aktiviert den inkrementalen Modus, während G90 den Absolutmodus einschaltet.
- Besonders bei wiederkehrenden Mustern, Bohrbildern und Unterprogrammen bietet die inkrementale Programmierung enorme Vorteile.
- Fehlerpotenzial besteht durch kumulative Positionsabweichungen – sauberes Arbeiten und regelmäßige Referenzierungen sind Pflicht.
- Sowohl in der CNC-Fräsbearbeitung als auch beim CNC-Drehen und sogar beim 3D-Druck ist das Verständnis der Relativmaß-Programmierung unverzichtbar.
Was genau ist die Relativmaß-Programmierung?
Stell Dir vor, Du erklärst jemandem den Weg zu Deiner Werkstatt. Du könntest sagen: „Die Werkstatt befindet sich auf 48°08’N, 11°34’E“ – das wäre die Absolutmaß-Programmierung. Oder Du sagst: „Geh 200 Meter geradeaus, dann 50 Meter nach rechts.“ Das ist das Prinzip der Relativmaß-Programmierung, in der CNC-Welt auch als inkrementale Programmierung oder Kettenmaß-Programmierung bekannt.
Bei der Relativmaß-Programmierung wird jede neue Position relativ zur aktuellen Werkzeugposition angegeben. Der Nullpunkt wandert sozusagen mit dem Werkzeug mit. Jeder programmierte Wert beschreibt die Wegstrecke und Richtung, die das Werkzeug zurücklegen soll – nicht das absolute Ziel im Koordinatensystem.
💡 Gut zu wissen
In der CNC-Programmierung wird die Relativmaß-Programmierung mit dem G-Code-Befehl G91 aktiviert. Das Gegenstück ist G90 für die Absolutmaß-Programmierung. Beide Befehle gehören zur gleichen Modalgruppe – das bedeutet, es kann immer nur einer von beiden aktiv sein.
G91 vs. G90 – Der direkte Vergleich
Um den Unterschied greifbar zu machen, schauen wir uns ein konkretes Beispiel an. Angenommen, Dein Werkzeug steht auf Position X=10, Y=10 und soll drei Positionen nacheinander anfahren: (30|20), (60|20) und (60|50).
🎯 Absolutmaß (G90)
Jede Koordinate bezieht sich auf den Werkstücknullpunkt:
G90
G1 X30 Y20 F500
G1 X60 Y20
G1 X60 Y50
📏 Relativmaß (G91)
Jede Koordinate beschreibt die Wegstrecke von der aktuellen Position:
G91
G1 X20 Y10 F500
G1 X30 Y0
G1 X0 Y30
Beide Programme erzeugen exakt dieselbe Werkzeugbahn. Der entscheidende Unterschied liegt in der Denkweise: Bei G90 denkst Du in Zielpositionen, bei G91 denkst Du in Verfahrwegen. Und genau diese unterschiedliche Perspektive macht in bestimmten Situationen einen riesigen Unterschied.
Wann spielt die Relativmaß-Programmierung ihre Stärken aus?
Wiederkehrende Muster
Bohrbilder, Lochreihen oder Fräsmuster mit gleichmäßigen Abständen lassen sich mit G91 elegant in Schleifen programmieren.
Unterprogramme
Inkremental programmierte Unterprogramme sind positionsunabhängig – sie funktionieren an jeder Stelle des Werkstücks.
Manuelle Korrekturen
Schnelle Anpassungen „relativ zur aktuellen Lage“ sind intuitiver als das Umrechnen absoluter Koordinaten.
Modellbau & Hobby
Beim Fräsen von Teilen für RC-Modelle, Drohnenframes oder Crawler-Chassis ist die flexible Positionierung ein echtes Plus.
Praxisbeispiel: Bohrbild mit gleichmäßigen Abständen
Stell Dir vor, Du baust einen Montagerahmen für Deinen neuen FPV-Drohnenframe und brauchst eine Reihe von 6 Bohrungen im Abstand von jeweils 15 mm. Mit der Absolutmaß-Programmierung müsstest Du jede einzelne Position berechnen. Mit G91 sieht das deutlich eleganter aus:
G90 G0 X10 Y20
G0 Z5
; Auf Relativmaß umschalten
G91
; 6 Bohrungen im Abstand von 15 mm
G1 Z-8 F200 ; Bohren
G0 Z8 ; Rückzug
G0 X15 ; Nächste Position
G1 Z-8 F200
G0 Z8
G0 X15
G1 Z-8 F200
G0 Z8
G0 X15
G1 Z-8 F200
G0 Z8
G0 X15
G1 Z-8 F200
G0 Z8
G0 X15
G1 Z-8 F200
G0 Z8
; Zurück auf Absolutmaß
G90
🛠️ Tipp aus der Praxis
Viele erfahrene CNC-Programmierer mischen G90 und G91 innerhalb eines Programms. Die Startposition wird absolut angefahren, dann wird für das eigentliche Muster auf inkremental umgeschaltet. Am Ende geht es zurück zu G90. So nutzt Du das Beste aus beiden Welten!
Vorteile und Risiken der inkrementalen Programmierung
| Aspekt | Vorteil ✅ | Risiko ⚠️ |
|---|---|---|
| Flexibilität | Unterprogramme überall einsetzbar | Startposition muss stimmen |
| Lesbarkeit | Bei Mustern sehr intuitiv | Bei komplexen Konturen schwer nachvollziehbar |
| Fehlerketten | Einzelne Abstände leicht prüfbar | Fehler summieren sich kumulativ auf |
| Programmierung | Weniger Rechenaufwand bei Reihen | Gesamtposition schwer ablesbar |
| Sicherheit | Relative Rückzugbewegungen unabhängig | Vergessenes G90 kann zu Crash führen |
⚠️ Achtung: Die kumulative Fehlerfalle
Das größte Risiko bei der Relativmaß-Programmierung ist die Fehlerakkumulation. Wenn eine inkrementale Wegangabe um 0,1 mm falsch ist, verschiebt sich nicht nur diese eine Position – alle folgenden Positionen sind ebenfalls um 0,1 mm versetzt. Bei langen Programmen mit vielen inkrementalen Schritten kann sich das gewaltig summieren. Deshalb empfiehlt es sich, regelmäßig auf G90 zurückzuschalten und eine absolute Referenzposition anzufahren.
Relativmaß-Programmierung in verschiedenen CNC-Bereichen
CNC-Fräsen
Beim CNC-Fräsen kommt die inkrementale Programmierung besonders häufig bei Taschenfräsoperationen, Bohrbildern und beim Gravieren zum Einsatz. Gerade wenn Du Teile für den Modellbau fertigst – sei es ein Chassis für ein RC-Boot, Seitenplatten für einen Crawler oder Motorhalterungen für ein Flugmodell – sind gleichmäßige Muster an der Tagesordnung.
CNC-Drehen
An der Drehmaschine findet die Relativmaß-Programmierung Anwendung bei Einstichen, Gewinden und Zustellbewegungen. Besonders die schrittweise Zustellung in der Z-Achse beim Gewindeschneiden wird gerne inkremental programmiert.
3D-Druck
Was viele nicht wissen: Auch im 3D-Druck spielt G91 eine wichtige Rolle. Die Extruder-Achse (E-Achse) wird bei vielen Slicern standardmäßig relativ programmiert (relative Extrusion). Und auch die Z-Achse nutzt bei Layer-Wechseln häufig inkrementale Bewegungen – schließlich ist jede Schicht immer gleich hoch, egal auf welcher absoluten Höhe Du Dich befindest.
✅ Vorteil für Hobbyisten und Bastler
Wenn Du an Deiner Hobby-CNC zu Hause arbeitest und häufig ähnliche Teile an verschiedenen Positionen auf dem Frästisch fertigst, sparst Du mit inkrementalen Unterprogrammen enorm viel Zeit. Einmal programmiert, überall einsetzbar – Du musst nur die Startposition anpassen.
Schritt für Schritt: So setzt Du G91 richtig ein
- Startposition absolut definieren: Fahre mit G90 die gewünschte Ausgangsposition an. Das ist Dein Ankerpunkt.
- G91 aktivieren: Schalte mit dem Befehl G91 auf inkrementale Programmierung um. Ab jetzt werden alle Koordinaten als Wegstrecken interpretiert.
- Verfahrwege programmieren: Gib die gewünschten Wegstrecken in X, Y und Z an. Positive Werte fahren in positive Achsrichtung, negative in die entgegengesetzte.
- Vorzeichen beachten: Anders als bei G90, wo Koordinaten vorzeichenlos „Orte“ beschreiben, ist bei G91 das Vorzeichen entscheidend für die Fahrtrichtung.
- Zurück auf G90 schalten: Vergiss niemals, am Ende des inkrementalen Abschnitts wieder auf G90 zurückzuschalten. Ein vergessenes G91 kann im weiteren Programmverlauf schwerwiegende Folgen haben.
Verwandte Begriffe und Konzepte
Die Relativmaß-Programmierung steht nicht isoliert da. Sie ist Teil eines größeren Ökosystems der CNC-Programmierung. Hier einige verwandte Begriffe, die Du kennen solltest:
G90 – Absolutmaß
Das Gegenstück zu G91. Alle Koordinaten beziehen sich auf den Werkstücknullpunkt.
Inkrementalgeber
Messsystem an CNC-Achsen, das Positionsänderungen (Inkremente) erfasst – passend zum Konzept der Relativmaß-Programmierung.
Kettenmaß
Aus der technischen Zeichnung bekannt: Maße werden als Kette aufeinander aufbauend angegeben – exakt das Prinzip von G91.
Unterprogrammtechnik
Inkremental programmierte Unterprogramme sind universell einsetzbar und ein Grundpfeiler effizienter CNC-Programmierung.
Tipps für die Community: Vom Hobbykeller zur Serienproduktion
Egal ob Du in der Maker-Community unterwegs bist, in Foren über die beste CAM-Strategie diskutierst oder auf einem Maker-Event Deine neuesten CNC-Projekte präsentierst – das Verständnis der Relativmaß-Programmierung gehört zum soliden Handwerkszeug. Hier ein paar Tipps aus der Praxis:
- Simulation nutzen: Bevor Du ein Programm mit G91-Abschnitten an der Maschine testest, lass es durch einen Simulator laufen. So erkennst Du Fehler, bevor sie teuer werden.
- Kommentare setzen: Markiere den Wechsel zwischen G90 und G91 immer mit einem Kommentar im Code. Das hilft Dir und anderen beim späteren Lesen.
- Referenzfahrten einbauen: Bei langen Programmen mit vielen inkrementalen Abschnitten lohnt sich zwischendurch eine absolute Referenzierung, um kumulative Fehler zu eliminieren.
- Trockenfahrt machen: Fahre das Programm zuerst ohne Werkstück ab – idealerweise mit reduziertem Vorschub und erhöhter Z-Sicherheitshöhe.
- Dokumentation pflegen: Halte in Deinem Werkstattbuch oder digital fest, welche Programme inkrementale Abschnitte enthalten. Das erleichtert spätere Wartung und Anpassungen.
🎯 Fazit
Die Relativmaß-Programmierung mit G91 ist ein mächtiges Werkzeug in der CNC-Bearbeitung. Sie macht Programme flexibler, Unterprogramme universell einsetzbar und wiederkehrende Muster zum Kinderspiel. Gleichzeitig erfordert sie ein waches Auge für Details – denn wo Wegstrecken statt Zielkoordinaten programmiert werden, können sich kleine Fehler schnell aufsummieren. Wer die Stärken und Schwächen kennt und beide Programmierarten geschickt kombiniert, holt das Maximum aus seiner CNC-Maschine heraus – egal ob im Hobbykeller oder in der professionellen Fertigung.
Was ist der Unterschied zwischen G90 und G91 in der CNC-Programmierung?
G90 aktiviert die Absolutmaß-Programmierung, bei der alle Koordinaten sich auf den Werkstücknullpunkt beziehen. G91 aktiviert die Relativmaß-Programmierung (inkrementale Programmierung), bei der alle Koordinatenangaben als Wegstrecken relativ zur aktuellen Werkzeugposition interpretiert werden. Beide Befehle gehören zur gleichen Modalgruppe und können nicht gleichzeitig aktiv sein.
Wann sollte ich die Relativmaß-Programmierung (G91) verwenden?
Die Relativmaß-Programmierung eignet sich besonders gut für wiederkehrende Muster wie Bohrbilder und Lochreihen, für positionsunabhängige Unterprogramme, bei gleichmäßigen Zustellbewegungen an der Drehmaschine und beim Fräsen von Serienteilen mit identischen Mustern an verschiedenen Positionen. Auch im 3D-Druck wird G91 häufig für die Extruder-Achse und Layer-Wechsel eingesetzt.
Was ist die größte Gefahr bei der inkrementalen Programmierung?
Das größte Risiko ist die kumulative Fehlerakkumulation. Wenn eine einzelne inkrementale Wegangabe fehlerhaft ist, verschieben sich alle nachfolgenden Positionen um denselben Betrag. Bei langen Programmen mit vielen G91-Abschnitten können sich kleine Fehler zu erheblichen Abweichungen aufsummieren. Deshalb sollten regelmäßig absolute Referenzpositionen mit G90 angefahren werden.
Kann ich G90 und G91 innerhalb eines CNC-Programms mischen?
Ja, das Mischen von G90 und G91 innerhalb eines Programms ist gängige Praxis und wird sogar empfohlen. Typischerweise wird die Startposition absolut (G90) angefahren, dann für Muster oder Unterprogramme auf G91 umgeschaltet und anschließend wieder zu G90 zurückgekehrt. Wichtig ist, den Wechsel immer mit Kommentaren im Code zu kennzeichnen.
Wird G91 auch beim 3D-Druck verwendet?
Ja, die Relativmaß-Programmierung spielt auch im 3D-Druck eine wichtige Rolle. Viele Slicer verwenden standardmäßig die relative Extrusion (E-Achse in G91), da die Filamentmenge pro Bewegung als Wegstrecke angegeben wird. Auch Layer-Wechsel in der Z-Achse werden häufig inkremental programmiert, da jede Schichthöhe identisch ist, unabhängig von der absoluten Position.