화낙, 지멘스, 미쓰비시 G03 원호 보간 설정 및 알람 영구 해결법

서론

자동화 가공 라인의 CNC 선반에서 double turret을 이용해 고정밀 대량 양산을 진행할 때, G68 mirror image가 작동하는 상태에서 G03 circular interpolation of 시작점 또는 끝점이 원호 중심과 일치하게 되면 제어기는 가공 간섭으로 인식하여 PS0038 알람을 내고 장비를 즉시 정지시킵니다. 특히 pallet 교환 장치와 결합된 무인 자동화 라인에서는 미세한 기계적 편차와 CAD/CAM 포스트 프로세서의 소수점 반올림 오차가 더해져 가공이 반복될수록 치수 오차가 점진적으로 축적됩니다. 이러한 원호 반경 불일치가 Fanuc Parameter 3410 또는 Mitsubishi Parameter #1084의 설정 한계를 단 1µm라도 넘어서는 순간, 예기치 않은 알람정지(NC Stop)와 함께 심각한 비가동 시간이 야기됩니다. 더욱 치명적인 것은 파라미터 임계값 바로 직전에서 알람이 트리거되지 않아 실시간으로 불량이 걸러지지 않고, 공정 전체가 끝난 최종 검사 단계에서야 대량의 치수 불량이 발견되어 막대한 손실을 입히는 경우입니다.

기술 요약

항목	사양
명령 코드	G03 (반시계 방향 circular interpolation)
modal 그룹	그룹 01 (modal)
브랜드	Fanuc, Siemens, Mitsubishi
주요 파라미터	Fanuc Parameter 3410, Siemens MD21000 / MD21010, Mitsubishi Parameter #1084
주요 제약 조건	시작점과 끝점의 반지름 편차는 엄격한 파라미터 허용 오차 범위 내에 유지되어야 합니다.

핵심 요약

방향 또는 축 선택 알람을 방지하기 위해 G03을 실행하기 전에 올바른 작업 평면(X-Y의 경우 G17, Z-X의 경우 G18, Y-Z의 경우 G19)을 설정하십시오.
전체 원을 밀링하는지 또는 부분 원호를 밀링하는지에 따라 반지름(R 또는 CR)과 중심점 오프셋(I, J, K) 중 하나를 선택하십시오(이는 g02-circular-interpolation와 유사합니다).
포스트 프로세서의 반올림 성능에 맞춰 반지름 편차 허용 오차 파라미터(Fanuc Parameter 3410, Mitsubishi Parameter #1084)를 조정하십시오.
원호가 180도보다 작거나 큰 각도를 통과하는지 제어하기 위해 올바른 양수 또는 음수 부호로 R 또는 CR 주소를 프로그래밍하십시오.
circular interpolation 블록 내부에서 툴 교체(T 명령)나 급속 역 feedrate(F0)를 지정하지 마십시오.
Siemens 제어기에서는 AC 또는 IC 보정기를 사용하여 블록 내부에서 직접 중심 좌표 치수를 검증하십시오.

기본 개념

G03 (또는 G3)는 활성화된 작업 평면에서 엄격하게 제어되는 가공 feedrate로 수학적으로 정밀한 반시계 방향 원호 또는 헬리컬 스윕을 따라 절삭 공구를 이송합니다. 이 동작은 작업자가 바라보는 활성 작업 평면을 기준으로 정의되며, 시계 바늘이 도는 반대 방향으로 회전합니다.

공구를 직선으로 이송하는 g01-linear-interpolation와 달리, circular interpolation은 정의된 중심점으로부터 일정한 거리를 유지하기 위해 지속적인 좌표 계산이 필요합니다. 제어기는 곡선 경로를 생성하기 위해 두 개의 선형 축을 동시에 동적으로 제어합니다.

올바른 작업 평면(G17, G18 또는 G19)을 선택하는 것은 G03의 선행 조건입니다. CNC 제어기는 좌표축과 방향 벡터를 올바르게 해석하기 위해 이 modal 상태에 의존합니다. 예를 들어, G17은 원호 스윕을 위한 X-Y 평면을 설정하고, G18은 선반 가공에서 표준인 Z-X 평면을 정의합니다. 일반적인 작업은 g00-rapid-traverse를 사용하여 원호의 시작점 근처로 공구를 위치시킨 후, G03 절삭 스윕을 수행하는 것으로 시작됩니다.

명령 구조

G03 명령은 원호의 좌표 끝점과 기하학적 중심점을 지정해야 합니다. 끝점은 X, Y, Z와 같은 데카르트 좌표 주소를 사용하여 정의됩니다. 원호의 중심은 R 주소(Siemens의 경우 CR)를 사용하여 반지름으로 직접 지정하거나 I, J, K를 사용한 증분 거리 벡터를 통해 지정됩니다.

증분 거리 벡터 I, J, K가 사용되는 경우, 이는 원호의 시작점부터 중심까지의 상대적 거리를 나타냅니다. 밀링 가공의 경우 활성화된 평면에 따라 사용되는 오프셋이 결정됩니다: G17의 경우 I와 J, G18의 경우 I와 K, G19의 경우 J와 K입니다.

표준 G-code 구문은 다음과 같습니다:

Fanuc 밀링: G17 G03 X_ Y_ R_ F_; 또는 G17 G03 X_ Y_ I_ J_ F_;
Fanuc 선반: G03 X_ Z_ R_ F_; 또는 G03 X_ Z_ I_ K_ F_;
Siemens 전용: G3 X... Y... Z... I... J... K... 또는 G3 X... Y... Z... CR=...
Mitsubishi 밀링: G03 X_ Y_ Z_ I_ J_ K_ F_; 또는 G03 X_ Y_ Z_ R_ F_;
Mitsubishi 선반: G03 X/U_ Z/W_ I_ K_ F_; 또는 G03 X/U_ Z/W_ R_ F_;

파라미터 및 주소:

주소	설명
X, Y, Z	원호 끝점의 데카르트 좌표.
I, J, K	시작점에서 원호 중심까지의 증분 좌표 거리 벡터.
R	원호 반지름 (Fanuc 및 Mitsubishi 표준).
CR=	원호 반지름 파라미터 (Siemens 전용).
AR=	원호 사잇각(aperture angle) (Siemens).
TURN=	헬리컬 interpolation의 추가 회전 수 (Siemens).
F	절삭 feedrate.

브랜드별 응용

Fanuc

Fanuc 시스템은 원호 실행을 제어하기 위해 고도로 맞춤화된 백그라운드 파라미터에 의존합니다. G03 블록에 R 및 I, J, K 값이 완전히 누락된 경우, 백그라운드 토글 설정에 따라 기본적으로 직선(G01)으로 이동할지 또는 알람을 생성할지 결정됩니다.

레거시 수학적 호환성을 위해, Fanuc은 뒤틀리거나 불완전한 원호의 기하학적 해석을 전환하는 파라미터를 사용하여 이전 G-code 파일이 원래 개발되었던 방식과 정확히 동일하게 작동하도록 보장합니다. 최신 제어기는 최단 경로를 선택하는 반면, 레거시 시스템은 원에 가까운 회전을 수행했습니다.

G17 G03 X50.0 Y50.0 R25.0 F200.0;

공운전 (dry run): 공구는 200 mm/min의 절삭 feedrate로 25mm 반지름 원호를 따라 X-Y 평면에서 끝점 (50, 50)으로 반시계 방향으로 이송합니다.

파라미터	알람	버전 차이
Parameter 3410: 반지름 허용 오차 한계.	PS0020: 반지름의 허용 오차 초과.	Series 15는 끝점이 일치하지 않는 경우 원에 가까운 회전을 수행합니다.
Parameter 3403 bit 5: R/IJK 누락 시 동작.	PS0022: R 또는 I, J, K 명령을 찾을 수 없음.	Series 16 및 Series 21 형식은 일치하지 않는 대상에 대해 최단 경로 지름길을 취합니다.
Parameter 3450 bit 3: 계산 모드.	PS0021: 유효하지 않은 평면 선택.	— (no source)

경고: 공구 반경 보정이 활성화된 상태에서 원호의 시작점 또는 끝점이 중심점과 정확히 일치하는 circular 블록을 실행하면 PS0038 알람이 발생합니다.

Siemens

Siemens (반시계 방향 interpolation을 위해 G3 또는 G03 사용)는 극좌표 및 개구 각도를 포함하여 매우 유연한 프로그래밍을 지원합니다. 다회전 루프를 위한 전용 파라미터와 함께 헬리컬 스윕의 직접 통합이 지원됩니다.

개구 각도나 극좌표만으로 원호를 기본 정의할 수 있게 함으로써 윤곽 가공의 유연성이 향상됩니다. 또한 제어기는 동일한 블록 내에서 직접 중심 좌표에 대한 증분 및 절대 치수 간의 동적 전환을 허용합니다.

N30 G3 X115 Y113.3 I-43 J25.52

공운전: 공구는 중심 오프셋 I-43 및 J25.52를 사용하며, 끝점 (115, 113.3)으로 반시계 방향 원호를 그립니다.

파라미터	알람	버전 차이
MD21000 $MC_CIRCLE_ERROR_CONST: 원호 오차 상수.	Alarm 14040: 원호 끝점 오류.	Native 모드 (G290)는 CR, AR, TURN, 극좌표 AP/RP를 지원합니다.
MD21010 $MC_CIRCLE_ERROR_FACTOR: 원호 오차 계수.	Alarm 14095: 프로그래밍된 반지름 CR이 너무 작습니다.	ISO Dialect 모드 (G291)는 중심/반지름이 누락된 경우 알람을 유발하거나 G01 경로를 생성합니다.
— (no source)	Alarm 14910: 유효하지 않은 개구 각도.	— (no source)

경고: 180도보다 큰 반시계 방향 원호를 프로그래밍할 때 CR=에 음수 부호를 잊어버리면 공구가 의도하지 않은 더 짧은 경로로 강제 이동하게 됩니다.

Mitsubishi

Mitsubishi CNC 제어기는 관대한 허용 오차 처리를 제공합니다. CAM 시스템이 반올림 오차가 포함된 끝점을 출력할 때, 제어기는 이 cycle을 지속하기 위해 중심 위치를 자동으로 조정합니다.

프로그래머가 반지름 또는 중심 좌표 입력을 완전히 누락한 경우, 제어기는 자동으로 원호 블록을 대상 끝점까지의 직선으로 변환할 수 있습니다. CAM 시스템이 반올림 오차가 있는 원호 끝점을 생성하더라도, Mitsubishi는 즉시 정지하지 않습니다.

G91 G17 G03 X10. R5.000 F500 ;

공운전: 공구는 활성화된 X-Y 평면에서 증분 반시계 방향 이동을 수행합니다. X 좌표는 시작점에서 10mm 증가하며, 프로그래밍된 반지름은 5.0mm이고 feedrate는 500 mm/min입니다.

파라미터	알람	버전 차이
Parameter #1084 RadErr: 허용 가능한 원호 오차.	P70: 끝점 편차로 인한 원호 오차.	M850/M830/M80VW는 고급 3D circular interpolation(G02.4)을 지원합니다.
Parameter #11028 Tolerance Arc Cent: 중심 조정.	P33: 포맷 오류 (오프셋/반지름 누락).	선반 (L) 시스템은 고급 3D circular 옵션을 지원하지 않습니다.
Parameter #11029 Arc to G1 no Cent: 누락 시 동작.	P113: 유효하지 않은 평면 선택.	— (no source)

경고: 시스템이 G03 modal 상태에 있는 동안 툴 교체(T 명령)를 지시하면 P151 툴 명령 오류가 발생하고 가공이 중단됩니다.

브랜드 비교

주제 / 기능	Fanuc	Siemens	Mitsubishi
헬리컬 프로그래밍 형식	표준 G03 블록에 선형 축 `a` 추가	표준 G02/G03 블록에 직접 `TURN=` 파라미터 지정	구성/옵션에 따라 다름
원호 반지름 프로그래밍	표준 `R` 파라미터	`CR=` 파라미터 (180도 이하 각도는 양수, 180도 초과 각도는 음수)	표준 `R` 파라미터
원호 중심 좌표 옵션	시작점으로부터의 증분 벡터	`IC()` 및 `AC()` 보정기를 통한 인라인 동적 전환	시작점으로부터의 증분 벡터
불완전한 원호 프로그래밍	Parameter 3403 bit 5를 통해 처리 (기본 직선 G01 이송 또는 PS0022 알람 발생)	ISO Dialect G291로 전환 (M dialect의 경우 중심/반지름 누락 시 알람 발생, T dialect의 경우 G01 경로 생성)	Parameter #11029를 통해 처리 (G01 직선 이송으로 자동 변환되거나 P33 포맷 오류 발생)
불일치하는 끝점 반지름 편차	Parameter 3410에 설정된 제한을 초과하면 PS0020 반지름 허용 오차 알람 발생	MD21000/MD21010의 오차 제한을 초과하면 Alarm 14040 발생	Parameter #11028을 통해 중심을 자동으로 이동하거나, #1084 / #1278을 통해 spiral interpolation을 실행

기술 분석

각 브랜드는 대단히 다른 수학적 및 제어 철학을 바탕으로 G03 circular interpolation을 처리합니다. Fanuc은 전용 토글을 통해 세대 간 계산의 호환성을 관리하며, 오차가 있는 끝점이 어떻게 이송될지 결정합니다. 이러한 구조적 설계 덕분에 레거시 Series 15 제어기의 프로그램이 경로 편차 없이 최신 Series 16 또는 21 하드웨어에서 정확히 동일하게 컴파일되고 실행될 수 있습니다.

Siemens는 극좌표 및 개구 각도와 함께 인라인으로 직접 절대 중심 좌표를 허용함으로써 증분 좌표 잠금을 방지합니다. 이러한 설계는 CAD/CAM 시스템의 좌표 변환 과정을 없애 프로그래머가 기술 도면에서 치수를 직접 입력할 수 있도록 합니다. TURN= 파라미터를 사용한 헬리컬 cycle의 통합은 스레드 밀링을 매우 간단하게 만듭니다.

Mitsubishi는 파라미터 설정을 통해 관대한 현장 작업을 강조합니다. 포스트 프로세서가 반올림 오차를 발생시키더라도 Parameter #11028과 #1084가 함께 작동하여 원호 중심점을 이동하거나 spiral 경로를 그려, 축의 급정지 없이 가공을 지속할 수 있도록 합니다. 이는 가공 흔적(dwell mark)을 최소화하고 툴의 피로 마모를 방지합니다.

프로그램 예제

Fanuc 예제

G17 G03 X50.0 Y50.0 R25.0 F200.0;

공운전: 공구는 현재 위치에서 200.0 mm/min의 feedrate로 원호 반지름 25.0mm인 X-Y 평면 상의 반시계 방향 원호를 따라 좌표 (50.0, 50.0)으로 이동합니다.

Siemens 예제

N30 G3 X115 Y113.3 I-43 J25.52

공운전: 제어기는 공구를 반시계 방향 곡선을 따라 끝점 좌표 (115, 113.3)으로 이동시킵니다. 중심점은 원호 시작 위치를 기준으로 X -43mm 및 Y +25.52mm에 증분으로 위치합니다.

Mitsubishi 예제

G91 G17 G03 X10. R5.000 F500 ;

공운전: 공구는 활성화된 X-Y 평면에서 증분 반시계 방향 원호 이동을 수행합니다. X 좌표는 시작점에서 10mm 증가하며, 프로그래밍된 반지름은 5.0mm이고 feedrate는 500 mm/min입니다.

오류 분석

브랜드	알람 코드	발생 조건	현상	근본 원인 / 해결 방법
Fanuc	PS0020	시작점과 끝점 간의 반지름 편차가 Parameter 3410에 설정된 제한을 초과합니다.	공구가 가공 도중 즉시 급정지하며, 머신 화면에 \"OVER TOLERANCE OF RADIUS\" 메시지가 표시됩니다.	G-code에서 끝점 좌표를 다시 계산하거나 Parameter 3410 임계값을 조정하십시오.
Fanuc	PS0022	G03 블록에 원호 반지름 R과 중심점 거리(I, J, K) 좌표가 모두 누락되었습니다.	spindle 정지, 이송 정지(feed hold) 상태가 되며 머신 화면에 \"R OR I,J,K COMMAND NOT FOUND\"가 표시됩니다.	프로그래밍된 G-code 블록에 R 또는 중심점 오프셋(I, J, K)을 추가하십시오.
Siemens	Alarm 14040	시작점과 끝점 반지름 편차가 MD21000/MD21010 오차 제한을 초과합니다.	해당 블록 끝에서 가공이 정지되며 화면에 \"error in end point of circle\"이 표시됩니다.	CAD/CAM 출력 좌표를 검증하고 수학적 정렬이 제대로 되었는지 확인하십시오.
Siemens	Alarm 14095	프로그래밍된 반지름 CR이 시작점과 끝점 사이 선형 거리의 절반보다 작습니다.	NC 정지가 트리거되고 화면에 \"radius for circle programming too small\"이 표시됩니다.	끝점 좌표를 수정하거나 블록의 반지름 CR 값을 늘리십시오.
Mitsubishi	P70	시작점과 끝점 반지름 편차 오차가 Parameter #1084에 설정된 제한을 초과합니다.	머신이 이송 정지(feed hold) 상태가 되며 화면에 \"Arc error\" 경고가 표시됩니다.	끝점을 조정하거나 Parameter #1084 RadErr의 오차 임계값을 늘리십시오.
Mitsubishi	P113	원호 명령 축이 활성화된 작업 평면과 일치하지 않습니다.	즉각적인 cycle 정지가 발생하고, 제어기에 \"Illegal plane select\" 오류가 나타납니다.	G03 축이 modally 활성화된 G17/G18/G19 평면과 일치하는지 확인하십시오.

실무 응용 가이드

자동화 라인의 반복 정밀도를 안정적으로 유지하고 예기치 못한 비가동 시간을 원천 예방하기 위해서는 가공을 개시하기 전에 제어기별 원호 가공 파라미터를 반드시 선행 확인해야 합니다. 만약 Mitsubishi 제어기에서 Parameter #11029(Arc to G1 no Cent)가 0인 상태에서 원호 중심 좌표(I, J, K)나 R 파라미터 지정을 생략할 경우, 가공 주기 도중 즉시 P33 포맷 에러가 발생하여 대량 생산 라인 전체의 실시간 축 이송이 dead-stop됩니다. 이와 대조적으로 Fanuc 시스템에서 Parameter 3403 bit 5(CIR)가 0으로 조절되어 있을 경우, 형상 입력이 비정상적이더라도 강제로 직선 G01 interpolation을 매끄럽게 블렌딩하여 이송을 지속합니다. 그러나 이는 가공 형상 축적 편차로 최종 검사에서 치명적인 대량의 불량률을 양산하거나 공구 파손을 직접 야기하므로 매우 주의해야 합니다.

따라서 대량 반복 생산 공정에서는 CAD/CAM 포스트 프로세서의 반올림 정밀도가 제어기의 내부 허용 한계(Fanuc Parameter 3410 및 Mitsubishi Parameter #1084 RadErr) 범위와 완벽히 동기화되어 있는지 검증하는 과정이 필수적입니다. 이 반지름 차이 허용 오차 파라미터를 현장의 실제 정밀도 한계치에 맞추어 사전에 세심하게 검증 및 수정해 두면 소수점 자리 내림 오차 등으로 유발되는 돌발적인 알람정지(PS0020 또는 P70)를 완벽히 해결할 수 있습니다. 또한 공구가 고속 회전하는 spindle 상태에서 circular interpolation 동작 중에 툴 교체 명령(T)이 실수로 주입될 경우, Mitsubishi P151 알람이 즉각 작동하여 장비를 보호합니다. 현장 관리자는 가공 평면 설정(G17/G18/G19)과 원호 가공 벡터를 실가공 전에 그래픽 트레이스 화면이나 안전한 공운전 검증을 거쳐 교차 확인하고, turret과 chuck의 물리적 작동 제한 범위를 상시 점검해 돌발적인 파손 사고를 원천 봉쇄해야 합니다.

결론

자동화 생산 프로세스의 극대화된 반복 재현성과 장비 가동 효율성을 실현하기 위해서는 각 설비의 기계적 고유 파라미터(Fanuc Parameter 3410, Siemens MD21000, Mitsubishi Parameter #1084)와 CAD/CAM 출력 단위에 대한 철저한 동기화 작업이 선행되어야 합니다. 포스트 프로세서의 반올림 정밀도가 제어기 측 파라미터 허용 임계 범위를 완전히 충족하도록 상호 보정하는 프로토콜이 대량 양산 현장에서 시스템적으로 내재화되어야 비계획 비가동 시간을 완벽히 퇴치하고 최종 제품의 불량률을 안정적으로 최소화할 수 있습니다. 가공 실행 전 반드시 시뮬레이션 공운전 및 파라미터 정상 범위 검증 단계를 의무 프로세스로 정착시킴으로써 부품 정밀도는 높이고 설비 고장에 따른 돌발 정지 손실을 예방하는 것이 실무 차원에서의 최고 권장 방식입니다.

자주 묻는 질문 (FAQ)

G03 circular interpolation 실행 시 시작점과 끝점 반경 불일치로 발생하는 PS0020 또는 P70 알람의 영구 해결 방안은 무엇입니까?

이 알람은 CAD/CAM 포스트 프로세서가 출력하는 좌표계 정밀도와 제어기의 내재적 비교 매개변수가 달라 생깁니다. CAD/CAM 출력물이 소수점 이하 3자리(0.001mm) 수준의 분해능을 가지더라도, 가공 반복 시 제어기 내에서 미세 변환 중 1µm 단위 이상의 원호 반경 차이가 축적되면 시스템이 즉각 정지됩니다. 현장 엔지니어는 CAM 포스트 프로세서의 circular interpolation 치수 정밀도를 최하 소수점 4자리(0.0001mm) 이상으로 맞추어 출력되게 교정하고, 장비 측 Fanuc Parameter 3410 또는 Mitsubishi Parameter #1084를 현장 요구 정밀도에 적합한 허용치 수준으로 보정 입력하여 알람정지로 인한 비가동 시간을 예방하십시오.

대량 양산 라인에서 pallet 교환 시스템 가공 도중 G03 원호 보간 경로에서 누적 형상 편차가 발생할 때의 기계적 원인과 대처법은 무엇입니까?

원호 가공은 두 개 이상의 축이 긴밀하게 동기 회전하는 고유 작업이므로, 반복적인 pallet 탈착 교환으로 조인트 지그가 누적 정밀도에 물리적 편차를 미칠 시 즉각 기계적 복원 오차로 노출됩니다. 더욱이 볼스크류 백래시(backlash)는 두 축이 상호 협조 구동하는 circular interpolation 궤적에서 고스란히 최종 진원도 불량률 상승으로 나타납니다. 이러한 품질 문제를 영구 해소하기 위해 현장 관리자는 매 10,000 cycle 생산마다 정밀 백래시 측정 게이지로 보정 데이터를 획득하고, 설비 제어반 내부의 backlash 보정치 레지스터를 실측에 맞게 물리적으로 직접 수정 보완 조치하십시오.

G03 반시계 방향 가공 시 360도 전체 진원 원호를 단일 블록으로 회전 가공하려고 할 때 PS0022 또는 P33 포맷 에러를 완전히 차단하려면 어떻게 코딩해야 합니까?

단일 R이나 CR 주소를 사용해 원호 가공을 진행하는 것은 360도 전원(Full Circle) 구조에서는 엄격히 불가능합니다. 시작점과 끝점 좌표치가 일대일로 일치하면 반지름 치수만으로는 컴퓨터가 수학적 원호 중심점 방향을 도출할 수 없어 P33 또는 PS0022 포맷 에러가 트리거됩니다. 따라서 진원 가공 시에는 반경 R 규격 코딩 대신 시작 좌표 기준의 원호 내부 중심점을 명확히 증분 지시하는 G03 X_ Y_ I_ J_ F_ 포맷으로 중심 거리 백터를 가공 블록에 지시하거나, 프로그램을 180도씩 양분하는 2회 연속의 G03 반시계 semi-circle 원호로 명확하게 슬라이스하여 수동 변경 프로그래밍하도록 파트 코드를 수정 적용하십시오.

G03 반시계 방향 원호 보간 프로그래밍 파라미터 및 오류 완벽 가이드

서론