Siemens G110 G111 G112 극좌표 프로그래밍 핵심 가이드

서론

공작기계의 작업 평면(G17, G18, G19)이 올바르게 설정되지 않은 상태에서 극점(Pole)을 정의하면, 공구가 바이스 조(vise jaw), 척(chuck), 혹은 고정 클램프(clamp) 등 고정구와 예기치 못한 각도로 강하게 충돌하여 가공 부품을 폐기하게 되고 주축 헤드가 심각하게 파손됩니다. 특히 자동화 라인 반복 가공 환경에서 MD20110 $MC_RESET_MODE_MASK 또는 MD20152 $MC_GCODE_RESET_MODE 파라미터를 사전 확인하면 이 극점 정의 및 리셋 제어 명령어에서 가장 빈번한 비계획 정지를 없앨 수 있습니다. 만약 이 파라미터를 검증하지 않고 양산에 들어가면, 팔레트 교환 후 두 번째 사이클부터 치수 편차가 누적되어 최종 검사에서 불량이 발견됩니다. 이는 가공 라인의 비가동 시간(downtime) 증가와 직결되며, 전체 불량률을 급격히 높이는 원인이 됩니다.

기술 요약

항목	설정값
명령어 코드	G110, G111, G112
modal 그룹	G Group 3 (Programmable frame, working area limitation, and pole programming)
지원 브랜드	Siemens
주요 파라미터	AP (polar angle, 범위 -360.000 ~ +360.000 도) 및 RP (polar radius, 절대 양수 값)
주요 제한 사항	극점 정의 명령어(G110, G111 또는 G112)는 반드시 완전히 분리된 전용 NC block에 작성해야 합니다.

핵심 요약

• 작업 평면 우선 선택: 극점을 정의하기 전에 항상 G17, G18 또는 G19가 활성화되어 있는지 확인하십시오.
• 블록 격리: 극점 정의 명령어(G110, G111 또는 G112)는 항상 개별적인 전용 NC block에 작성해야 합니다.
• 양수 반경만 사용: 알람 14210 발생을 방지하려면 polar radius(RP)가 반드시 절대 양수 값으로 프로그래밍되었는지 확인하십시오.
• 극점 시프트 이해: absolute 부품 좌표는 G111을, 마지막 공구 위치 기준은 G110을, 이전 극점 기준은 G112를 사용하십시오.
• G90 및 G91 무시: absolute 및 incremental 보정값(G90/G91)은 극점 좌표에 영향을 미치지 않음을 유념하십시오.
• 공작물 영역 확인: 다축 하드웨어에서 kinematic 상태를 전환하기 전에 공구가 물리적인 workpiece envelope을 벗어났는지 확인하십시오.

기본 개념

Siemens polar coordinate system을 실무에서 프로그래밍할 때 얻을 수 있는 이점은 작업자가 모든 점에 대해 Cartesian X/Y 좌표를 수동으로 계산할 필요 없이 도면에서 직접 원형 홀 패턴이나 방사형 윤곽의 치수를 손쉽게 지정할 수 있다는 것입니다. 프로그래머는 G111을 사용하여 워크 좌표계의 원점을 기준으로 극점을 설정하고, G110을 사용하여 마지막으로 도달한 위치를 기준으로 설정하며, G112를 사용하여 마지막으로 활성화된 극점을 기준으로 극점을 배치할 수 있습니다.

프로그래머와 작업자는 극점을 정의하기 전에 반드시 올바른 가공 평면(G17, G18 또는 G19)이 활성화되어 있는지 세심하게 확인해야 합니다. polar angle(AP)은 항상 현재 활성화된 평면의 수평축을 수학적으로 참조하기 때문입니다. 평면이 잘못 설정되거나 극점이 엇갈리면 공구가 의도하지 않은 각도로 접근하게 됩니다. 이는 클램프(clamp), 바이스 조(vise jaw) 또는 척(chuck)과 같은 고정구 구성품과의 심각한 충돌 위험을 급격히 증가시켜 필연적으로 공작물 불량을 야기하고 주축 헤드에 심각한 장비 손상을 초래합니다.

명령 구조

Siemens 제어 장치는 G Group 3 내의 세 가지 고유한 명령어를 사용하여 polar coordinate 원점 또는 극점을 정의합니다. G110, G111, G112 중 어느 것을 선택하느냐에 따라 이후 진행되는 모든 polar 이동의 수학적 기준선이 설정됩니다. 제어 장치의 블록 준비 과정에서 수학적 중첩 및 타이밍 문제를 방지하려면, NC 프로그램은 다른 이동 명령이나 보조 명령 없이 G110, G111 또는 G112를 별도의 전용 블록으로 분리해야 합니다.

극점은 Cartesian 값(절대 축 좌표 지정) 또는 polar 값(기존 참조에서의 반경 및 각도 지정)을 모두 사용하여 정의할 수 있습니다. 극점이 설정되면 CNC 경로는 AP(polar angle)와 RP(polar radius)를 사용하여 대상 종점까지 interpolation을 실행합니다. 이후 G1 또는 G0과 같은 표준 G-code가 극점 입력을 기반으로 가공 이동을 수행합니다.

; Cartesian Pole Definition
G110 X... Y... Z...
G111 X... Y... Z...
G112 X... Y... Z...
; Polar Pole Definition
G110 AP=... RP=...
G111 AP=... RP=...
G112 AP=... RP=...

파라미터	설명	허용 범위 / 설정값
AP	polar angle. 활성화된 작업 평면의 수평축으로부터의 각도를 정의합니다. 양의 회전 방향은 시계 반대 방향입니다.	-360.000 ~ +360.000 도 (0.001도 해상도)
RP	polar radius. 활성화된 극점으로부터 대상점까지의 절대 거리를 지정합니다.	반드시 mm 또는 인치 단위의 절대 양수 값(REAL)이어야 합니다.
X, Y, Z	극점 위치를 직접 정의하는 데 사용되는 Cartesian 좌표입니다.	활성 단위 모드와 일치하는 좌표계 좌표입니다.

브랜드별 응용

Siemens

Siemens Sinumerik 제어 장치 제품군은 polar coordinate 프로그래밍을 위한 전용 툴셋을 제공합니다. 작업자는 별도의 블록에 G110, G111 또는 G112를 작성하여 활성 극점을 구성합니다. 제어 장치는 이 참조 설정 블록을 축 이동과 수학적으로 격리합니다. 극점의 원점은 오직 선택된 G-code에 의해서만 결정되므로 표준 absolute 및 incremental 명령(G90 및 G91)은 극점이 시프트되는 방식에 영향을 미치지 않습니다.

이중 turret(G68 사용)이 장착된 다축 선반 및 보정 chuck(G63 태핑 등)을 사용하는 밀링 센터를 포함한 복잡한 장비의 경우, Siemens 제어 장치는 polar radius 검사를 강력하게 적용합니다. kinematic 전환이 일어나기 전에 극 좌표가 완전히 해석되어야 하며, 공구는 workpiece envelope 밖으로 안전하게 빠져나가야 합니다.

브랜드 비교

기능 / 파라미터	Siemens 소프트웨어 버전 4 이하	Siemens 소프트웨어 버전 5 이상
리셋 동작 머신 데이터 파라미터	머신 데이터 MD20110 $MC_RESET_MODE_MASK에 의해 제어됨	머신 데이터 MD20152 $MC_GCODE_RESET_MODE에 의해 제어됨
G-Code 리셋 구성 범위	시동, 리셋 또는 파트 프로그램 종료 시의 초기 G-code를 정의하는 리셋 모드 마스크에 의해 관리됩니다.	채널별 초기 G-code 설정을 위한 특정 G-code 리셋 모드 설정에 의해 관리됩니다.
채널별 수정 컨텍스트	초기 상태 구성 시 파트 프로그램 종료 시점에서 마스크 평가가 필요합니다.	초기 상태 구성 시 파트 프로그램 종료 시점에서 직접적인 G-code 리셋을 활용합니다.

기술 분석

Siemens polar coordinate 프로그래밍은 몇 가지 독특한 제어 동작을 통해 일반적인 경로 interpolation과 수학적으로 격리됩니다. 첫째, 제어 장치는 세 개의 전용 G-code를 사용하여 극점의 참조 원점을 분리합니다. 이를 통해 프로그래머는 워크 좌표계의 원점(G111), 마지막으로 프로그래밍된 축 위치(G110) 또는 이전 극점 좌표(G112)를 사용하여 활성 극점을 시프트할 수 있습니다. 이러한 명시적인 명령은 일반적인 incremental 이동으로 인한 누적 오차의 위험 없이 명확한 참조 제어를 제공합니다.

둘째, Siemens는 G90 및 G91과 같은 표준 Cartesian 치수 제어 명령을 무시합니다. 수학적 참조점이 특정 극점 정의 G-code에 고정되어 있으므로, G110-G112 블록 내부에 G90 또는 G91을 입력해도 극점 좌표가 시프트되거나 변경되지 않습니다. 셋째, 제어 장치는 블록 격리를 엄격히 적용합니다. 극점 정의는 NC 파트 프로그램에서 단독 줄에 위치해야 합니다. 이는 극점 구성을 물리적인 축 interpolation과 차단하며, 수학적 좌표가 설정되기 전에 이송 명령이 동시에 실행되는 것을 방지합니다.

머신 데이터 리셋은 시스템 소프트웨어 버전에 따라 극점 설정의 지속성을 다르게 처리합니다. 소프트웨어 버전 4 이하를 실행하는 시스템에서 채널별 리셋 동작은 MD20110 $MC_RESET_MODE_MASK 파라미터에 의해 관리됩니다. 소프트웨어 버전 5 이상의 경우, 이 제어 구성은 MD20152 $MC_GCODE_RESET_MODE 파라미터로 전환됩니다. 이 파라미터는 NC 프로그램이 끝나거나 기계가 하드 재부팅될 때 활성 극점 및 가공 평면 선택을 유지할지 아니면 리셋할지를 제어합니다.

프로그램 예제

N10 G17
N20 G111 X17 Y36
N30 G1 AP=45 RP=50
N80 G112 X35.35 Y35.35
N90 G1 AP=12.5 RP=47.679
N100 G1 AP=26.3 RP=7.344 Z4

공운전 (dry run) 실행 과정:

• Block N10: G17을 구성하여 XY 평면을 활성 가공 평면으로 설정합니다. polar angle(AP)은 수학적으로 수평 X축을 참조하여 시계 반대 방향으로 회전합니다.
• Block N20: G111을 사용하여 X=17 및 Y=36에 absolute 극점 위치를 정의합니다. 이 블록은 오직 좌표 원점을 설정하는 용도로만 사용되며 이동 명령을 포함하지 않습니다.
• Block N30: polar radius RP=50 및 polar angle AP=45도로 정의된 대상 좌표로 선형 feedrate 이동(G1)을 실행합니다. 공구 경로는 현재 위치에서 이 지점까지 interpolation을 수행합니다.
• Block N80: G112를 사용하여 이전에 정의된 극점을 기준으로 X=35.35 및 Y=35.35만큼 오프셋하여 활성 극점을 시프트합니다. 이는 새로운 좌표 참조점을 설정합니다.
• Block N90: 블록 N80에서 정의된 새 극점을 기준으로 반경 RP=47.679 및 각도 AP=12.5도로 선형 이동(G1)을 명령합니다.
• Block N100: 공구를 반경 RP=7.344 및 각도 AP=26.3도로 구동하는 동시에 Z축을 Z=4로 이송하여 깊이 interpolation을 수행합니다.

오류 분석

브랜드	알람 코드	트리거 조건	조치 및 조치 방법
Siemens	14210	음수 polar radius(RP) 값이 프로그래밍되었습니다.	NC 프로그램을 확인하고 반경을 절대 양수 값으로 변경하십시오. 보정 블록을 다시 정렬하십시오.
Siemens	12140	CNC 제어 시스템에 polar coordinate interpolation 옵션이 활성화되지 않았습니다.	장비 제조사에 옵션 활성화 여부를 확인하거나, 데카르트 좌표 경로를 사용하도록 프로그램을 수정하십시오.
Siemens	Syntax Error	극점 정의(G110, G111 또는 G112)가 다른 명령어와 동일한 NC block에 프로그래밍되었습니다.	NC 파트 프로그램에서 G110, G111 또는 G112 명령을 독립된 전용 줄로 격리하십시오.

실무 응용 가이드

음수 극 반경(RP) 값을 입력하여 Siemens 제어 장치가 정지하고 알람 14210이 발생하는 것은 자동 가공 라인에서 불필요한 비가동 시간(downtime)을 초래하는 주요 원인 중 하나입니다. RP 값은 극점으로부터의 절대적인 거리를 의미하므로 반드시 양수만 사용해야 합니다. 이를 위반하면 장비가 가공 도중 정지하여 공작물 불량률이 증가하게 됩니다. 복합 다축 선반에서 이중 터렛(G68 사용)을 제어하거나 보정 척(G63)을 사용하여 리지드 태핑을 실행할 때, 극 좌표계 연산이 완전히 완료되지 않은 상태에서 키네마틱 상태를 변경하거나 축을 전환하면 치명적인 충돌 위험이 발생합니다. 따라서 반드시 공구가 공작물 영역(workpiece envelope)을 완전히 벗어난 상태에서 가공 평면 및 축 전환이 이루어져야 합니다.

관련 명령 구조

• G64 / G60 (Continuous Path Modes): 이 경로 제어 모드는 Siemens 컨트롤러가 연속적인 polar interpolation 블록 간의 속도 전환을 처리하는 방식을 결정합니다.
• CYCLE72 (Contour Milling): 이 고정 cycle을 통해 작업자는 absolute 또는 상대 polar coordinate 블록을 사용하여 정의할 수 있는 맞춤형 윤곽 경로를 밀링 가공할 수 있습니다.
• CYCLE800 (Swivel Plane): 이 방향 지령은 다축 장비에서 공구축을 회전시켜 로컬 극점을 정의하기 전에 반드시 설정해야 하는 새로운 평면을 수립합니다.

결론

자동화 생산 라인에서 가공 오차를 최소화하고 비계획적인 비가동 시간을 방지하기 위해서는 가공 전에 모든 G110/G111/G112 블록 분리를 철저히 검증해야 합니다. 작업 평면 활성화 후 극점 설정의 일관성을 상시 점검하고, 리셋 매크로 설정(MD20110 및 MD20152)을 동기화함으로써 예기치 못한 치수 편차 누적을 원천 차단하여 라인의 안정적인 반복 정밀도와 고품질 가공 결과를 얻을 수 있습니다.

자주 묻는 질문 (FAQ)

자동화 가공 라인에서 G110, G111, G112 명령어를 단독 블록으로 분리하지 않으면 어떤 문제가 발생합니까?

이 명령어들을 다른 이송 지령과 함께 동일한 블록에 입력하면, CNC 제어 장치가 버퍼 분석 중 문법 오류(Syntax Error)를 발생시키고 실행을 중단하여 라인 가공이 중지(downtime)됩니다. 즉시 파트 프로그램을 점검하여 G110, G111, G112 명령어를 별도의 단독 줄(NC block)로 격리하여 프로그래밍하십시오.

장비 재가동 후 극점 설정이 초기화되어 첫 가공품에서 불량이 발생하는 경우 해결 방법은 무엇입니까?

이 문제는 제어 장치 소프트웨어 버전에 따른 초기화 파라미터 미설정으로 인해 발생합니다. 버전에 따라 MD20110 또는 MD20152 파라미터를 검사하여 프로그램 리셋 또는 종료 시 극점 및 작업 평면 상태가 임의로 초기화되지 않고 유지되도록 레지스터 값을 직접 구성하고 저장하십시오.

다축 장비 가공 중에 알람 14210이 발생하여 기계가 비계획 정지했을 때 어떻게 조치해야 합니까?

알람 14210은 극 반경(RP) 파라미터에 음수나 유효하지 않은 값이 전달되어 활성화된 상태입니다. 프로그램 소스 코드에서 음수로 입력된 모든 RP 파라미터를 찾아 절대 양수 값(mm 또는 인치 단위)으로 수정한 뒤 제어 장치를 리셋하고 재가동하십시오.