Überschleifen in der CNC-Bahnsteuerung: Ecken, Vorschub und Toleranz

Hier geht es um Bahnplanung, nicht um das Bearbeitungsverfahren Schleifen. Die ähnliche Wortwahl führt leicht in die falsche Richtung. Für einen CNC-Umbau wie meine Optimum BF 20 ist die Frage nach dem Bahnverhalten grundsätzlich relevant; welche Steuerung dort tatsächlich arbeitet, ist jedoch nicht dokumentiert. LinuxCNC dient unten ausschließlich als ausdrücklich benanntes Dokumentationsbeispiel.

Warum eine scharfe Ecke einen Geschwindigkeitswechsel verlangt

Geschwindigkeit hat Betrag und Richtung. An einer ideal scharfen Ecke ändert sich die Richtung sprunghaft. Bei begrenzter Beschleunigung lässt sich das nicht mit beliebigem Vorschub exakt durchfahren. Die Steuerung muss den Bewegungsablauf entsprechend verlangsamen oder innerhalb erlaubter Grenzen einen Übergang bilden. Auch viele kurze, einzeln programmierte Abschnitte können den tatsächlich erreichten Vorschub beeinflussen.

LinuxCNC beschreibt diesen Zielkonflikt zwischen Bahnverfolgung, Maschinenbegrenzungen und flüssigem Vorschub ausdrücklich. Ein F-Wert ist daher keine Zusage, dass die Maschine auf jedem Abschnitt genau diese Bahngeschwindigkeit erreicht. Den Unterschied zwischen Bahn- und Achsgeschwindigkeit erläutert auch der Diagonalvorschub.

Eine einfache Geometrie macht die Abweichung sichtbar

Der Kreismittelpunkt liegt im Beispiel jeweils 10 mm von den beiden ursprünglichen Geraden entfernt. Sein Abstand zum Eckpunkt beträgt deshalb 10 × √2 mm. Zieht man den Radius von 10 mm ab, bleibt der kürzeste Abstand zwischen Eckpunkt und Bogen: 10 × (√2 − 1) ≈ 4,142 mm.

Eine andere Frage liefert eine andere Zahl: Die größte Entfernung eines Bogenpunkts von der näheren der beiden ursprünglichen Geraden beträgt hier 10 × (1 − 1/√2) ≈ 2,929 mm. Diese beiden Größen dürfen nicht verwechselt werden. Wer eine Toleranz auswertet, muss wissen, welche geometrische Abweichung die jeweilige Dokumentation überhaupt meint.

LinuxCNC: G61, G61.1 und G64 unterscheiden

Die LinuxCNC-G-Code-Referenz beschreibt P im Zusammenhang mit dem Abstand zum programmierten Endpunkt. Q betrifft dagegen die Vereinfachung nahezu kollinearer Bewegungen durch den sogenannten Naive CAM Detector. Die genaue Wirkung, Einheiten und Vorgaben des verwendeten Softwarestands müssen zusammen gelesen werden. Eine Zahl aus unserer Kreisgeometrie ist kein automatisch passender P-Wert.

Eine besonders wichtige Ausnahme nennt die Dokumentation: G64 P0 hat nicht die Bedeutung „Überschleifen mit garantiert null Abweichung“, sondern verhält sich aus Kompatibilitätsgründen wie G64 ohne entsprechende positive Toleranz. Andere Steuerungen können unter ähnlichen Bezeichnungen andere Funktionen anbieten. Deshalb übertrage ich diese Befehle nicht pauschal auf DIN/ISO-Programme jeder Maschine.

Konturtoleranz ist nicht Maschinen- oder Werkstückgenauigkeit

Die geplante Bahn ist nur ein Teil der gesamten Bearbeitung. Werkzeugradius, Korrekturen, Nachgiebigkeit, Temperatur und tatsächliche Achsbewegung können das Ergebnis zusätzlich beeinflussen. Eine kleine Übergangstoleranz bestätigt deshalb noch kein maßhaltiges Werkstück. Umgekehrt lässt sich jede sichtbare Rundung nicht automatisch dem Überschleifen zuordnen.

Vor einer Änderung würde ich zuerst prüfen, ob der CAM-Weg bereits gerundete Übergänge enthält und welcher Bezugspunkt programmiert wird. Der Artikel über Werkzeugwege und Radiuskorrektur trennt Kontur und Werkzeugmittelpunktbahn. Eine im CAM angelegte Geometrie und eine spätere Glättung durch die Steuerung sind zwei verschiedene Ebenen.

Einstellungen anhand der Aufgabe prüfen

Ich würde zuerst festlegen, welche Stellen wirklich angefahren werden müssen und wo eine begrenzte Abweichung zulässig ist. Anschließend würde ich die aktive Bahnsteuerungsart im Programm ausdrücklich festlegen, soweit die Steuerungsdokumentation das vorsieht. Ein unbemerkt aus einem früheren Programm übernommener Zustand erschwert jede Fehlersuche.

Der Programmtest sollte auch Verbindungs- und Freifahrbewegungen einbeziehen. LinuxCNC weist darauf hin, dass die Bahnsteuerung ebenfalls Eilgangbewegungen beeinflusst. Ob ausreichend Freiraum vorhanden ist, muss deshalb zur tatsächlich möglichen Bahn passen. Eine grafische Gerade zwischen zwei sicheren Endpunkten allein beantwortet diese Frage nicht.

Für einen Vergleich würde ich dieselbe Geometrie mit dokumentierten Einstellungen auswerten und Konturmerkmale sowie Laufzeit getrennt festhalten. Das Ziel ist ein zur Aufgabe passender Kompromiss. „Immer maximal schnell“ und „überall anhalten“ sind keine allgemein geeigneten Bearbeitungsregeln.