G21ミリメートル指令：CNCプログラミングでの設定と衝突防止ガイド

はじめに

インチ設定のCNC制御装置でミリメートル用のGコードプログラムを誤って実行すると、プリプロセッサがX60.0などの指令を60.0ミリメートルではなく60.0インチと解釈し、タレットが早送りで暴走して回転中のチャック爪や心押台に激突する致命的な衝突事故を引き起こします。これにより、工具の破損や主軸の破断、ワークの全損が生じ、深刻な非計画停止に追い込まれます。このような惨事を防ぐには、座標指令や軸移動を行う前にG21コマンドをプログラムの先頭で正しく初期化し、測定システムをミリメートルに設定するか、あるいはG20インチ入力モードから切り替える必要があります。

しかし、単にプログラム内にG21と記述するだけでは不十分です。このパラメータが未検証のまま量産に入ると、2ロット目から寸法ばらつきが広がり、最終検査で初めて不良が発見されるという事態に陥ります。量産での高い再現性の維持と不良品発生の防止には、プログラムのコードだけでなく、制御装置のシステムパラメータとの整合性を確保することが不可欠です。段取り前に#1041番（Mitsubishi）やMD10240（Siemens）、No.3401（Fanuc）といった制御パラメータを確認することで、このコマンドで最も多い非計画停止を防ぐことができます。これにより、ロット間の寸法再現性の低下を防ぎ、安定した製品精度を維持することが可能になります。

技術概要

クイックリード

• 軸移動、工具オフセット、またはワーク座標系の設定を実行する前に、プログラムの最初のブロックにG21を配置します。
• パーサのフォーマット構文エラーを防ぐために、G21コマンドは独立したブロックに完全に単独で記述します。
• G20とG21を切り替えても、アクティブな値は数学的に変換されません。小数点位置がシフトし、座標値が10倍以上にスケールされることに留意してください。
• Mitsubishi制御装置では画面表示がパラメータ#1041にバインドされたままになるため、プログラム単位を切り替える際はオフセットテーブルの摩耗および形状補正を手動で計算して入力してください。
• 単位の不一致による物理的なタレットの接触を防ぐために、チャックバリア（Chuck Barrier）および心押台バリア（Tailstock Barrier）画面で仮想的な電子的境界を設定します。
• PS0368アラームの発生を回避するため、工具オフセットシフトパラメータ（Fanuc No. 5040のビット3など）を変更する前に、すべてのアクティブな工具補正をキャンセルしてください。

基本概念

準備機能G21は、CNCインタープリタがその後に続くすべての直線座標、円弧補間パラメータ、ねじリード、およびオフセットシフトをミリメートル単位で解析するモーダル座標環境を確立します。このメトリック入力モードにより、コントローラはプログラムされた座標を機械軸の物理的なメトリック分解能と一致するようにスケーリングします。手動運転中、G21をアクティブにすると、手動ダイヤルの目盛区分が0.001 mm、0.010 mm、および0.100 mmのメトリック増分を表すように変更されます。スケール分解能の不一致による手動割り出しエラーを防ぐため、オペレータは手動ダイヤルを回す前に、アクティブな単位モードを確認する必要があります。

実行中にG20とG21の間で不整合な切り替えを行うと、重大な物理的危険が生じます。制御装置がモードを切り替える際、物理的な寸法は変換されず、代わりに小数点がシフトします。G20の下でのX6.0インチという座標値は、G21がアクティブな場合、正しい数学的等価物である152.4 mmではなく、直接X6.0 mmとして解釈されます。機械を保護するため、オペレータはチャックバリア（Chuck Barrier）および心押台バリア（Tailstock Barrier）画面で仮想的な電子的エンベロープ（保護境界）を設定する必要があります。これらの安全境界は、タレットがワーク保持具に衝突する前に軸を停止させてストロークリミットアラームをトリガーする、進入禁止領域を定義します。

コマンド構造

メトリックプログラミングの構文はISO準拠のCNCシステム全体で標準化されており、G21コマンドは実行開始時に独立したプログラムブロックを占有する必要があります。座標移動や補助機能と同じブロックにG21を配置することは、スキャナーの解析ルールに違反し、プリプロセッサが実行を停止する原因となります。このコマンドはモーダルスイッチとして機能し、一度実行されると、G20コマンドがインチ単位を選択するまで、後続のすべての座標はミリメートルとして解析されます。

G21はアクティブなGコードプログラム内の座標の読み取り方を変更しますが、バックグラウンドのシステムパラメータを自動的にスケーリングするわけではありません。工具形状オフセット、ワーク座標シフト、および送り速度値は、引き続き機械のデフォルトの基本測定システムに従う場合があります。軸の移動速度が毎分ミリメートルまたは毎回転ミリメートルで計算されるように、プログラマーはG21を呼び出した直後に新しい送り速度値を記述する必要があります。

G21 ;

ブランド別応用

Fanuc

Fanuc制御装置は、G21を使用してメトリック指令単位を選択します。これにより、旋盤GコードシステムAにおけるX、Z、C、およびYといった座標の解釈が切り替わります。システムの動作は、パラメータ No. 3401のビット0（DPI）およびパラメータ No. 5040のビット3（TCT）によって制御されます。

G21コマンドは、プログラムの最初の独立したブロックにプログラムする必要があります：G21 ;。

G20モードでの動作中に不整合な座標単位の切り替えを行うと、座標が10倍にスケーリングされ、工具タレットが軌道から外れて主軸チャックとの重大なハード衝突の危険が生じます。円弧補間平面を決定するXY平面用のG17やZX平面用のG18とは異なり、G21はすべての直線軸移動の基礎となる寸法値を決定します。

Siemens

Siemens制御装置は、ISOダイアレクトモード（G291）での実行中にG21を解析して、ミリメートル単位の座標系を定義します。デフォルトのスケーリングおよびインタープリタのリセットは、MD10240およびMD20154によって管理されます。

G21を使用するには、コンパイラをISOダイアレクトモード（G291）に切り替え、専用の行でコードを初期化する必要があります：G291 ; G21 ;。

G21の切り替え後に新しい送り速度Fコマンドのプログラミングを怠ると、軸速度が不正確になり、軌道速度アラーム14800がトリガーされます。

Mitsubishi

Mitsubishi制御装置は、G21を実装して、すべての直線軸についてミリメートル単位で座標を解釈します。起動時の設定および表示単位は、パラメータ#1041およびパラメータ#1003によって制御されます。

このコマンドは、専用のブロックに完全に単独で配置する必要があります：G21 ;。

Mitsubishiのオフセットレジスタはパラメータ#1041 I_inchにロックされているため、G21は画面や工具形状テーブルをスケーリングしません。オフセットを手動で計算しないと、不正確な軸位置決めの原因になります。

ブランド比較

技術解析

単位システムの分析比較により、これらの制御プラットフォーム間で異なるプリプロセッサロジックが明らかになります。Fanucは単位システムを切り替えるためにGコードシステムA、B、およびCを使用し、System Cを使用する旋盤プログラマーには標準のG21ではなくG71を指令することを強制します。さらに、System AでのFanuc旋盤構成は、標準的なモーダルG90/G91の状態を拒否します。System Aでは、座標のアドレス文字が座標タイプを規定し、絶対パスはXまたはZで、増分パスはUまたはWで指定されます。プログラマーは、System AのFanuc旋盤でG90を指令すると、絶対値モードを設定するのではなく、長手割荒削り固定サイクルが開始されることを覚えておく必要があります。

Siemensは、デュアルインタープリタ構造を介してメトリック入力にアプローチします。単一のパーサ内のバックグラウンド計算に依存する代わりに、SiemensはレガシーなG21コマンドをISOダイアレクトモード（G291）内に分離します。プログラマーは、ネイティブなSiemensモード（G290）に切り替えて、G710のようなネイティブなメトリックスケーリングコマンドを実行できます。座標解析のみを変更する標準のISO G21とは異なり、ネイティブなSiemensのG710は幾何座標と送り速度の両方をスケーリングします。Siemensはまた、802D slシリーズのようなコンパクトモデルでのリセット設定を制限しており、そこではチャネルリセットパラメータがロックされ、画面上での直接の変更が妨げられます。

Mitsubishiは、プログラム指令単位をHMI入力設定から分離しています。G21の変更はGコードプログラムブロックにのみ影響し、画面表示と工具オフセットレジスタはパラメータ#1041にバインドされたままになります。オペレータは、HMI構成とは異なる単位でプログラムを実行する場合、工具形状を手動で再計算する必要があります。Mitsubishiはまた、永続的にロックされたメトリックPLCウィンドウインターフェースを実装しています。G20またはG21コマンドに関係なく、PLCデータ転送はメトリックで処理されるため、ミリメートル値を維持するためのバックグラウンドロジックが必要です。動的なオペレーションのために、MitsubishiはG188およびG189プログラムフォーマットスイッチを使用して、自動運転の途中で旋盤モードとマシニングセンタモードの間でモーダルGコード構造を交換します。

プログラム例

Fanuc コード例

G21 ;
G00 X12.0 Z72.0 ;
G01 X120.0 W14.0 F0.15 ;

空運転 (dry run)

このFanucプログラムの空運転において、プリプロセッサは座標をミリメートル単位で評価します。最初のブロックで、G21がメトリックモードを初期化します。タレットは、絶対径 X12.0 mm および絶対長さ方向座標 Z72.0 mm に早送り（G00）で位置決めされます。最終ブロックでは、工具は正のZ軸方向に14.0 mm増分移動しながら、0.15 mm/rev（G95）の切削送り速度で絶対径 X120.0 mm まで前進します。

Siemens コード例

G291 ;
G21 ;
G00 X80. Z80.8 ;
G290 ;
G710 X20.0 Y30.0 F500.0 ;

空運転

このSiemensプログラムの空運転において、G291がコンパイラをISOダイアレクトモードに切り替えます。G21コマンドがメトリックシステムを設定します。軸は早送りで絶対座標 X80.0 mm および Z80.8 mm に移動します。その後、G290コマンドがインタープリタをSiemensネイティブモードに切り替えます。ネイティブモードの下で、G710コマンドは座標を X20.0 mm および Y30.0 mm にスケーリングし、同時に送り速度を 500.0 mm/min に自動的にスケーリングします。

Mitsubishi コード例

G21 ;
G00 X100.0 Y100.0 Z50.0 ;
G01 G41 X120.0 Z-80.0 F150.0 ;

空運転

このMitsubishiプログラムの空運転において、G21コマンドがメトリック指令単位を確立します。機械の軸は絶対座標 X100.0 mm、Y100.0 mm、および Z50.0 mm に早送り位置決めされます。その後、軸は左側工具径補正（G41）をアクティブにした状態で、送り速度 150.0 mm/min（G94）にて X120.0 mm および Z-80.0 mm への直線補間（G01）送り動作を実行します。

エラー解析

実務応用ノウハウ

工具長補正やオフセットがアクティブな状態でFanucのパラメータNo.5040（TCT）を変更すると、即座にアラームPS0368が発生し、自動運転が非常停止します。また、単位の切り替え後に新しい送り速度（F指令）をプログラミングし忘れた場合、Siemensでは軌道速度アラーム14800がトリガーされ、軸が異常停止します。さらに、Mitsubishi制御装置では、プログラム指令単位がG21によってミリメートルに変更されても、画面表示や工具オフセットテーブルはシステムパラメータ#1041（I_inch）にロックされたままとなるため、手動でのオフセット再計算を行わないと、不正確な位置決めによりワークが削りすぎの不良品となり、再現性の低下を招きます。これらの設定ミスはすべて、量産中の寸法精度ばらつきや不要な段取り修正作業による不良品発生につながります。

このようなトラブルを回避するためには、セットアップ時にチャックバリア（Chuck Barrier）や心押台バリア（Tailstock Barrier）の画面で仮想的な電子的境界を正確に設定しなければなりません。これにより、座標指令や単位の不整合によって工具の刃先が進入禁止領域に突入しそうになった場合、制御装置が物理的な接触の前に軸移動を停止させ、ストロークリミット制限（MitsubishiのプログラムエラーP452など）をトリガーしてタレットと主軸チャックの衝突を防ぐことができます。G21を使用する際は、プログラムの最初のブロックで単独指令すること、および関連する内部パラメータやオフセット設定と完全に同期させることを徹底することで、量産時におけるロット間の繰り返し精度を極限まで高めることができます。

関連コマンド

• G20：グループ06内で直線座標のインプリアル/インチ入力モードを選択し、G21の直接のトグルキャンセルとして機能します。
• G71：ネイティブのSiemensモード（G290）またはFanuc旋盤GコードシステムCにおいて、メトリックの長さ寸法を選択します。
• G710：ネイティブのSiemensモード（G290）において、幾何座標と技術的な送り速度値の両方のメトリックスケーリングを選択します。
• G188：自動運転中にモーダルGコードリストを交換するための、Mitsubishiシステムにおける動的プログラムフォーマットスイッチを有効にします。
• G95：毎回転送りモードを選択します。G21の下で切削送り速度を0.01 mm/revのメトリック増分で評価します。

おわりに

CNC加工における高い信頼性と繰り返し精度を保証するためには、プログラムの先頭ブロックでG21コマンドを独立して実行するとともに、制御装置ごとの固有のパラメータ（FanucのNo.3401やNo.5040、SiemensのMD10240、Mitsubishiの#1041）がプログラムの指令単位と一致していることを段取りシートで二重チェックすることを推奨します。これらを標準作業手順（SOP）に組み込むことで、量産開始後のロット間の寸法ばらつきを防ぎ、非計画停止のない高効率な生産ラインを構築することが可能になります。

よくある質問

G21を設定しているのに、量産時の2ロット目から寸法にばらつき（再現性の低下）が発生するのはなぜですか？

G21はプログラム内の座標値の読み取り方を切り替えるだけであり、機械全体の基準となる基準点設定やバックグラウンドのシステム精度（FanucのNo.1013などで設定される最小移動単位IS-A〜IS-Eや、機械の経時熱変位補正値）はスケーリングされないためです。特にロット間での温度変化や材料特性の微妙な違いがある場合、単位系と分解能の不一致が微小な演算誤差を蓄積させ、再現性の低下や不良品発生を引き起こします。対策として、毎ロットの開始前に制御装置の現在位置画面とワーク座標オフセットの数値に小数点以下の端数ズレが生じていないかを目視で点検し、熱変位補正機能を再キャリブレーションしてください。

G21への切り替え時にFanucでPS0368アラームが発生する原因と対策は何ですか？

このアラームは、工具長補正や摩耗・形状補正（G43/G44/G41/G42）がアクティブな状態で、工具オフセットのシフトタイプを設定するパラメータNo.5040のビット3（TCT）が読み込まれるか変更された場合に発生します。制御装置が補正有効状態での単位系の再計算を拒否するためにインターロックがかかります。対策として、G21をプログラムする前に必ずM02やM30によるリセット状態にするか、プログラム上でG40およびG49を記述してすべてのアクティブな工具補正をクリアした後に、パラメータ操作や単位切り替えを実行してください。

Mitsubishi製CNCでG21を使用しても工具オフセット画面がミリメートル表示に切り替わらないのはなぜですか？

MitsubishiのCNCシステムでは、プログラム指令単位（G20/G21）とHMI表示・パラメータ設定の基準単位が完全に切り離されており、後者はパラメータ#1041（I_inch）によって固定されているためです。G21を実行してもオフセット画面はインチ表示のままとなり、入力した補正値が想定の25.4倍または25.4分の一で適用されるリスクがあります。対策として、量産段取り前にパラメータ#1041の値をミリメートル（1）に設定変更して画面表示を統一するか、または段取りシート上に「画面表示単位に合わせたオフセット換算表」を明記して手動で再計算した値を入力する運用を徹底してください。