G21 미터법 입력 G-code 명령어: CNC 프로그래밍 가이드

서론

자동화 가공 라인에서 G20 설정 상태로 컴파일된 가공 경로에 미터법 G21 원소재가 진입하면 turret이 급속 이송 속도로 회전하는 chuck이나 공작물 고정용 fixture로 돌진하여 충돌하는 참사가 일어난다. G21 좌표 명령을 잘못 파싱하여 X60.0을 60.0 mm가 아닌 60.0인치로 인식해 물리적 이동 거리가 25.4배 커지기 때문이다. 이 파라미터를 검증하지 않고 양산에 들어가면, pallet 교환 후 두 번째 cycle부터 치수 편차가 누적되어 최종 검사에서 불량이 발견된다. 설비 손상으로 인한 긴급 수리 작업은 자동화 라인의 장시간 비계획 비가동 시간을 유발하고 전체 공정의 불량률을 악화시키는 치명적인 생산 리스크다. 따라서 프로그램 최상단에 G21 명령어를 단독 블록으로 지정하여 인터프리터의 기본 측정 단위를 mm로 강제 동기화하는 사전 검증 체계를 마련해야만 한다.

기술 요약

핵심 요약

• 공구 오프셋 또는 공작물 좌표계 설정을 실행하기 전, 프로그램의 가장 첫 번째 블록에 G21을 배치하십시오.
• 구문 분석기 형식 구문 오류를 방지하기 위해 G21 명령을 독립된 블록에 완전히 단독으로 프로그래밍하십시오.
• G20과 G21 사이를 전환해도 활성화된 값이 수학적으로 변환되지 않고 소수점만 이동하여 좌표 값을 10배 이상 스케일링한다는 점을 인지하십시오.
• Mitsubishi 제어 장치에서는 화면이 parameter #1041에 종속되어 있으므로, 프로그램 단위를 전환할 때 오프셋 테이블의 마모 및 형상 보정을 수동으로 계산하여 입력하십시오.
• 단위 불일치 시 물리적인 turret 접촉을 방지하려면 Chuck Barrier 및 Tailstock Barrier 화면에서 가상 전자 경계를 구성하십시오.
• PS0368 alarm 유발을 방지하려면 공구 오프셋 시프트 파라미터(예: Fanuc No. 5040 Bit 3)를 수정하기 전에 모든 활성 공구 보정을 취소하십시오.

기본 개념

준비 기능 G21은 CNC 인터프리터가 이후의 모든 선형 좌표, 원호 interpolation 매개변수, 나사 리드 및 오프셋 시프트를 밀리미터 단위로 분석하는 modal 좌표 환경을 구축합니다. 이 미터법 입력 모드는 제어 장치가 프로그래밍된 좌표를 기계 축의 물리적인 미터법 해상도에 맞게 스케일링하도록 보장합니다. 수동 조작 중에 G21을 활성화하면 수동 핸들의 눈금이 0.001 mm, 0.010 mm, 0.100 mm의 미터법 증분을 나타내도록 변경됩니다. 오퍼레이터는 핸들을 돌리기 전에 활성화된 단위 모드를 확인하여 스케일 해상도 불일치로 인한 수동 인덱싱 오류를 방지해야 합니다.

가공 실행 중에 G20과 G21 간의 비조율된 전환은 심각한 물리적 위험을 초래합니다. 제어 장치가 모드를 전환할 때 물리적 치수를 변환하지 않고 소수점만 이동시킵니다. G20 모드에서의 X6.0 인치 좌표값은 G21이 활성화될 때 수학적 동등값인 152.4 mm가 아닌 X6.0 mm로 직접 변환됩니다. 기계를 보호하기 위해 오퍼레이터는 Chuck Barrier 및 Tailstock Barrier 화면에서 가상 전자 영역을 구성해야 합니다. 이러한 안전 경계는 turret이 공작물 fixture를 타격하기 전에 축을 정지시키고 행정 제한 alarm을 트리거하는 진입 금지 영역을 정의합니다.

명령 구조

미터법 프로그래밍의 구문은 ISO 준수 CNC 시스템 전체에 걸쳐 표준화되어 있으며, G21 명령이 가공 시작 시 독립된 프로그램 블록을 차지하도록 요구합니다. G21을 좌표 이동이나 보조 기능과 동일한 블록에 배치하는 것은 스캐너 구문 분석 규칙을 위반하는 것이며 preprocessor가 실행을 중단하게 만듭니다. 이 명령은 modal 스위치로 작동하므로, 일단 실행되면 G20 명령이 인치 단위를 선택할 때까지 이후의 모든 좌표는 밀리미터로 파싱됩니다.

G21이 활성 G-code 프로그램의 좌표 해석 방식을 변경하지만, 백그라운드 시스템 매개변수를 자동으로 스케일링하지는 않습니다. 공구 형상 오프셋, 작업 좌표계 시프트 및 feedrate 값은 기계의 기본 측정 시스템을 계속 따를 수 있습니다. 프로그래머는 G21을 호출한 직후 새로운 feedrate 값을 작성하여 축 이송 속도가 분당 밀리미터 또는 회전당 밀리미터로 계산되도록 해야 합니다.

G21 ;

브랜드별 응용

Fanuc

Fanuc 제어 장치는 G21을 사용하여 미터법 명령 단위를 선택하며, 이는 선반 G-code System A에서 X, Z, C, Y와 같은 좌표의 해석을 변경합니다. 시스템 동작은 Parameter No. 3401 Bit 0 DPI 및 Parameter No. 5040 Bit 3 TCT에 의해 제어됩니다.

G21 명령은 프로그램의 최상단에서 독립된 블록으로 프로그래밍되어야 합니다: G21 ;.

G20 모드에서 가동하는 동안 비조율된 좌표 단위 전환은 좌표를 10배로 스케일링하여 공구 turret을 경로에서 이탈시키고 spindle chuck과의 심각한 충돌 위험을 초래합니다. 원호 interpolation 평면을 지배하는 XY 평면용 G17이나 ZX 평면용 G18과 달리, G21은 모든 선형 이동의 가장 기본적인 길이 값을 규정합니다.

Siemens

Siemens 제어 장치는 ISO Dialect Mode (G291)에서 가공을 실행할 때 G21을 파싱하여 밀리미터 단위로 좌표계를 정의합니다. 기본 스케일링 및 interpreter 리셋은 MD10240 및 MD20154에 의해 관리됩니다.

G21을 사용하려면 컴파일러가 ISO Dialect Mode (G291)로 전환하고 개별 라인에서 코드를 초기화해야 합니다: G291 ; G21 ;.

G21로 전환한 후 새로운 feedrate F 명령을 프로그래밍하지 않으면 축 속도가 잘못 산출되어 가공 경로 속도 Alarm 14800이 트리거됩니다.

Mitsubishi

Mitsubishi 제어 장치는 G21을 실행하여 모든 선형 축에 대해 밀리미터 단위로 좌표를 해석합니다. 전원 투입 시 설정 및 표시 단위는 parameter #1041 및 parameter #1003에 의해 관리됩니다.

이 명령은 자체 블록에 완전히 단독으로 배치되어야 합니다: G21 ;.

Mitsubishi 오프셋 레지스터는 parameter #1041 I_inch에 고정되어 있으므로, G21은 화면이나 공구 형상 테이블을 스케일링하지 않습니다. 오프셋을 수동으로 직접 계산하지 않으면 잘못된 축 위치 결정이 초래됩니다.

브랜드 비교

기술 분석

단위 시스템에 대한 분석 비교 결과, 각 제어 장치 플랫폼별로 고유한 preprocessor 로직을 가지고 있음이 입증되었습니다. Fanuc은 G-code System A, B, C를 사용하여 단위 시스템을 전환하며, System C를 사용하는 선반 프로그래머는 표준 G21 대신 G71을 지령해야만 합니다. 또한 System A를 사용하는 Fanuc 선반 구성은 표준 modal G90/G91 상태를 수용하지 않습니다. System A에서는 좌표 어드레스 문자가 좌표 유형을 지시하여, 절대 경로는 X 또는 Z로 지정되고 증분 경로는 U 또는 W로 지정됩니다. 프로그래머는 System A Fanuc 선반에서 G90을 지령하면 절대 모드를 설정하는 대신 종방향 선삭 canned cycle이 기동된다는 점을 기억해야 합니다.

Siemens는 이중 interpreter 구조를 통해 미터법 입력을 처리합니다. 단일 파서 내에서의 백그라운드 계산에 의존하는 대신, Siemens는 레거시 G21 명령을 ISO Dialect Mode (G291)로 한정 격리합니다. 프로그래머는 Siemens 기본 모드 (G290)로 전환하여 G710과 같은 기본 미터법 스케일링 명령을 실행할 수 있습니다. 좌표 해석만 변경하는 표준 ISO G21과 달리, Siemens의 기본 G710은 기하학적 좌표와 feedrate를 모두 스케일링합니다. Siemens는 또한 802D sl 시리즈와 같은 컴팩트 모델의 리셋 설정을 제한하는데, 여기서는 채널 리셋 매개변수가 읽기 전용으로 잠겨 있어 화면에서 직접 수정하는 것이 차단됩니다.

Mitsubishi는 프로그램 명령 단위와 HMI 입력 설정을 분리합니다. G21을 수정하는 것은 G-code 프로그램 블록에만 영향을 미치며, 화면 표시 및 공구 오프셋 레지스터는 parameter #1041에 종속된 상태로 유지됩니다. 오퍼레이터는 HMI 구성과 다른 단위로 프로그램을 실행할 때 공구 형상을 수동으로 다시 계산해야 합니다. Mitsubishi는 또한 영구적으로 잠긴 미터법 PLC 창 인터페이스를 제공합니다. G20 또는 G21 지령에 관계없이 PLC 데이터 전송은 미터법으로만 처리되므로, 밀리미터 값을 유지하기 위한 백그라운드 PLC 로직이 강제됩니다. 동적인 작업을 위해 Mitsubishi는 G188 및 G189 프로그램 형식 스위치를 사용하여 선반과 머시닝 센터 모드 간의 modal G-code 구조를 자동 가공 중간에 전환합니다.

프로그램 예제

Fanuc Code Example

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

공운전 (dry run)

이 Fanuc 프로그램의 공운전 동안, preprocessor는 좌표를 밀리미터 단위로 해석합니다. 첫 번째 블록에서 G21이 미터법 모드를 초기화합니다. turret은 절대 직경 X12.0 mm 및 절대 축방향 좌표 Z72.0 mm로 급속 위치 결정(G00)합니다. 마지막 블록에서 공구는 0.15 mm/rev의 절삭 feedrate(G95)로 절대 직경 X120.0 mm까지 진행하면서 Z축 양의 방향으로 14.0 mm만큼 증분 이동합니다.

Siemens Code Example

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

공운전

이 Siemens 프로그램의 공운전 동안, G291은 컴파일러를 ISO Dialect Mode로 전환합니다. G21 명령은 미터법 시스템을 적용합니다. 축은 급속 이송 하에서 절대 좌표 X80.0 mm 및 Z80.8 mm로 이송됩니다. 그 후 G290 명령은 interpreter를 다시 Siemens 기본 모드로 전환합니다. 기본 모드에서 G710 명령은 좌표를 X20.0 mm 및 Y30.0 mm로 스케일링하며, feedrate도 자동으로 500.0 mm/min으로 스케일링합니다.

Mitsubishi Code Example

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

공운전

이 Mitsubishi 프로그램의 공운전 동안, G21 명령은 미터법 명령 단위를 확립합니다. 기계 축은 절대 좌표 X100.0 mm, Y100.0 mm 및 Z50.0 mm로 급속 위치 결정합니다. 그런 다음 축은 좌측 공구 반경 보정(G41)이 활성화된 상태에서 150.0 mm/min feedrate(G94)로 X120.0 mm 및 Z-80.0 mm로 선형 interpolation(G01) 이송 운동을 실행합니다.

오류 분석

실무 응용 가이드

자동화 라인의 반복 가공 환경에서 예기치 못한 비계획 비가동 시간과 제품 불량률 상승을 야기하는 가장 큰 원인은 잘못 설정된 기본 파라미터와 공구 오프셋이다. Mitsubishi 제어 장치의 Parameter #1041(I_inch)번 파라미터를 사전 확인하면 이 명령어에서 가장 빈번한 비계획 정지를 없앨 수 있다. 만약 이 파라미터를 검증하지 않고 양산에 들어가면, pallet 교환 후 두 번째 cycle부터 치수 편차가 누적되어 최종 검사에서 불량이 발견된다.

특히 Fanuc 제어 장치에서 Parameter No. 5040 Bit 3(TCT)이 활성화된 상태에서 오프셋 취소 없이 유닛 시스템 전환을 시도하면 Alarm PS0368이 발생하여 즉시 라인이 중단된다. 또한 Siemens 시스템에서 MD18800(MM_EXTERN_LANGUAGE) 파라미터가 비활성화된 채로 G21 코드를 호출하면 Alarm 61800(External CNC system missing)으로 인해 설비가 가동을 멈추고 생산 일정이 마비된다.

이러한 위험을 방지하기 위해 오퍼레이터는 Chuck Barrier 및 Tailstock Barrier 화면에서 가상 안전 경계를 엄격히 설정해야 한다. 미터법 단위 프로그램에서 단위를 오해해 turret이 회전하는 chuck이나 공작물 fixture 등으로 급속 이송할 때 제어 시스템이 Program Error P452 또는 Alarm 14800을 발생시켜 충돌을 예방하고 불필요한 장비 파손과 라인 비가동 시간을 방지할 수 있다.

관련 명령 구조

• G20: Group 06 내의 선형 좌표에 대한 인치(inch) 입력 모드를 선택하며, G21에 대한 직접적인 토글 취소 역할을 합니다.
• G71: Siemens 기본 모드(G290) 또는 Fanuc 선반 G-code System C에서 미터법 길이 치수 지정을 선택합니다.
• G710: Siemens 기본 모드(G290)에서 기하학적 좌표와 기술적 feedrate 값 모두에 대한 미터법 스케일링을 선택합니다.
• G188: 자동 가공 중간에 modal G-code 리스트를 전환하기 위해 Mitsubishi 시스템에서 동적 프로그램 형식 스위치를 활성화합니다.
• G95: G21 모드 하에서 절삭 feedrate를 0.01 mm/rev의 미터법 증분으로 평가하는 회전당 이송 모드를 선택합니다.

결론

자동화 라인의 반복 정밀도를 확보하고 설비 불량률 및 예기치 못한 비가동 시간을 차단하기 위해서는 가공 시작 전 G21 코드의 검증 체계 수립이 필수적이다. Fanuc의 Parameter No. 3401(DPI), Siemens의 MD10240, Mitsubishi의 Parameter #1041 설정 상태를 설비 구축 단계에서 표준화하고 첫 블록에 G21을 독립적으로 지정하는 룰을 준수해야 한다. 생산을 시작하기 전 가상 Chuck Barrier의 경계를 최신 장착 장구류 치수에 맞춰 실시간 동기화하고, 공구 교체 후 오프셋 초기화 루틴을 자동화 라인의 필수 체크리스트로 관리할 것을 적극 추천한다.

자주 묻는 질문 (FAQ)

자동화 라인에서 G21 단위를 설정할 때 팔레트 교환 후 불량이 발생하는 원인은 무엇인가요?

이는 pallet 교환 시스템(APC)의 원점 복귀 파라미터나 워크 오프셋(G54 등) 설정치 중 일부가 기계의 기본 측정 유닛(인치)으로 환산되지 않은 채 잔류하여 발생합니다. 두 번째 pallet cycle이 시작될 때 누적된 치수 오차가 공작물 불량과 물리적 turret 간섭을 일으켜 설비의 비계획 비가동 시간을 초래합니다. 해결하려면 장비 파라미터 설정에서 APC 원점 파라미터와 워크 좌표계 좌표값을 mm 단위로 정확히 동기화하고, Chuck Barrier 화면에서 실측 chuck 치수를 재설정하여 검증 절차를 완료하십시오.

G21 코드 실행 중 PS0368 알람이 발생했을 때 다운타임을 최소화하는 해결법은?

Fanuc 제어 장치의 Parameter No. 5040(TCT)을 변경할 때 활성화되어 있는 공구 길이 보정 또는 공구 위치 보정 데이터가 잔존해 있으면 시스템 충돌 방지를 위해 alarm이 강제 트리거됩니다. 이를 방지하려면 제어 장치를 리셋하기보다는 안전하게 보정을 취소하는 것이 복구 속도를 높이는 지름길입니다. MDI 모드에서 즉시 G40 및 G49 명령을 수동 입력하여 활성화된 모든 공구 보정을 클리어한 뒤, 파라미터를 수정하고 자동 가공 cycle을 재개하십시오.

CNC 제어반 화면의 표시 단위와 G21 프로그램 단위가 불일치할 때 파라미터 확인 방법은 어떻게 되나요?

Mitsubishi와 같은 제어 시스템은 G21 프로그램 지령 유닛과 화면의 표시 단위를 관장하는 HMI 파라미터가 완전히 분리되어 있어 발생합니다. 프로그램은 mm로 가공하지만 화면 오프셋과 디스플레이는 인치 파라미터(#1041 I_inch)로 lock이 걸려 있어 연산 누락으로 인한 불량률 상승의 주원인이 됩니다. 제어반 파라미터 화면에서 #1041 값을 1(Metric)로 변경하여 디스플레이 좌표계와 공구 오프셋 테이블의 화면 표시 기준을 mm 단위로 변경한 후 작업을 진행하십시오.